بروتين غامض يغيِّر شكل الحمض النووي DNA البشري
بقلم: كاميرون ديوك
لا تقتصر الاختلافات بين الحمض النووي DNA لدى البشر والبعوض على ترتيب الحروف في الشيفرة الجينية. إذا قطعتَ خلية بشرية وخلية لبعوضة إلى شرائح وفحصتَ نواة كل منهما، فسترى أن كروموسوماتهما مطوية بنمط مختلف تماماً من الأوريغامي الجيني. حاليّاً اكتشف الباحثون كيفية طي أحد نوعي الحمض DNA ليأخذ شكل الآخر.
قالت كلير هونكامب Claire Hoencamp، طالبة الدكتوراه بجامعة أمستردام: “في النواة البشرية، تتجمع الكروموسومات في حزم مرتبة؛ أما في نواة البعوضة، فتتطوى الكروموسومات في المنتصف”.
درست هونكامب بروتين الكونديسين 2 (Condensin II)، وهو بروتين يؤدي دورا في انقسام الخلايا. في إحدى التجارب دمرت هذا البروتين في خلية بشرية لملاحظة تأثيره في دورة الخلية. جرت العملية في تناغم متقَن، وأعيد طي كروموسومات الخلية الناتجة، ولكن ليس مثل الحمض DNA في نواة بشرية.
في الوقت نفسه كانت أولغا دودشينكو Olga Dudchenko، وهي باحثة ما بعد الدكتوراه في مركز هندسة الجينوم في تكساس، تصنِّف الجينومات بناءً على البنى الثلاثية الأبعاد التي تشكلها كروموسوماتها. بصفتها مديرة مشاركة لمشروع متعدد المؤسسات يسمى “حديقة حيوان الحمض DNA” DNA Zoo، فقد شاهدت بعض الأنماط المتميزة. وقالت: “يمكننا تصنيف الأشياء إلى بنيتين أساسيتين”، مشيرة إلى الطبيعة الملتفة والمجزأة بإحكام للجينوم البشري مقابل الترتيب الأقل إحكاماً لجينوم البعوض.
بغض النظر عن عدد الأنواع التي فحصتها، فقد اتخذت الكروموسومات أشكالاً مختلفة من شكلين أساسيين. اقترح بحثها أن بعض السلالات تستخدم أحد الشكلين وتتطور إلى الشكل الثاني، وفي كثير من الحالات تتطور عائدة إلى الأول. ومع ذلك لم تكن تعرف ما الدافع، إن وُجد، الذ ي يسبب هذه التغيرات.
عند عرض بحثيهما، أدرك الفريقان أنهما يتناولان المشكلة نفسها من زاويتين مختلفتين. وجدت هونكامب بروتيناً يطوي الكروموسومات، واكتشفت دودشينكو حدوث تجربة هونكامب طبيعياً عبر فترات زمنية تطورية.
بسبب كوفيد19-، لجأ الفريقان المتعاونان إلى المحاكاة الحاسوبية لفهم دور الكونديسين 2 في التنظيم النووي بنحو أفضل. بمساعدة من مختبر في جامعة رايس في هيوستن، حاكياً تأثيرات الكونديسين 2 على ملايين إلى بلايين الحروف في أحد الجينومات، فأثبتا ما وجدته هونكامب في تجاربها السابقة.
ستهدف الأبحاث المستقبلية إلى تحديد الأفضلية التطورية Evolutionary advantage، إن وُجدت، التي قد تمتلكها بنية نواة بعينها على الأخرى. عندما فحص الباحثون التعبير الجيني، وجدوا أن البنية المتطوية للكروموسومات لا تؤثر إلا بدرجة طفيفة في التعبير الجيني، أو كمية البروتين التي تنتجها الجينات المختلفة.
بالنظر إلى انخفاض تأثير الطي في التعبير الجيني، فليس من الواضح سبب إقدام الأنواع على طي الحمض DNA فيها بطريقة أو بأخرى. ومع ذلك فبالنظر إلى وجود طريقتي التطوي عبر شجرة التطور، فقد تكون للتأثيرات الدقيقة لكل منهما آثار كبيرة.
