چرا تعداد ژن های انسان این قدر كم است؟

هنگامی كه زیست شناسان پیشرو در اواخر دهه ۱۹۹۰ مشغول تعیین توالی بازها در ژنوم انسان بودند بر سر اینكه سه میلیارد جفت بازی كه DNA ما را می سازد حاوی چه تعداد ژن است با یكدیگر شرط بستند. حدس های اندكی به حقیقت نزدیك بودند. حدود یك دهه پیش خرد متعارف بر آن بود كه ما برای انجام هزاران فرایند سلولی كه كاركرد بدن ما را حفظ می كنند به چیزی حدود ۱۰۰ هزار ژن نیاز داریم. اما در نهایت معلوم شد كه ما فقط در حدود ۲۵ هزار ژن داریم- تقریباً هم تعداد با ژن های گیاه گلدار كوچكی به نام رشادی (Arabidopsis) و اندكی بیشتر از كرم پرتار Caenorhabditis elegans.این شگفتی بزرگ به شناختی كه در میان دانشمندان پدید می آمد نیروی تازه ای بخشید: ژنوم ما و پستانداران دیگر نسبت به آنچه زمانی به نظر می آمد پیچیده ترند و از انعطاف پذیری بسیار بیشتری برخوردار هستند. تصور كهنه یك ژن / یك پروتئین برباد رفته است: اكنون روشن است كه بسیاری از ژن ها می توانند بیش از یك پروتئین بسازند. پروتئین های تنظیم كننده، RNA، قطعاتی از DNA كه هیچ پروتئینی را رمزگذاری نمی كنند و حتی تغییرات شیمیایی و ساختاری خود ژنوم هم كنترل می كنند كه ژن ها چگونه ، كجا و كی بیان شوند. یكی از بزرگترین چالش هایی كه زیست شناسان با آن روبه رو هستند درك این نكته است كه چگونه عوامل مذكور برای تنظیم بیان ژن با یكدیگر كار می كنند.در چند سال گذشته روشن شده كه یكی از دلایل آنكه ژنوم انسان می تواند با ژن هایی چنین اندك چنین پیچیدگی ای تولید كند، پدیده ای به نام درهم تافتن (splicing) است. ژن های انسان هم شامل DNA رمزگذار- اگزون- و هم DNA غیررمزگذار است. در بعضی ژن ها تركیبات مختلف اگزون ها می توانند در مواقع مختلف فعال شوند و هر تركیب به پروتئینی متفاوت منجر می شود. درهم تافتن های جانشین مدت ها سكسكه ای نادر به هنگام فرایند نسخه برداری پنداشته می شدند اما پژوهشگران به این نتیجه رسیده اند كه این اتفاق می تواند در نیمی از - برخی می گویند تقریباً تمام- ژن های ما رخ دهد. از این یافته تا تبیین اینكه چگونه ژن هایی چنین اندك می توانند صدها هزار پروتئین مختلف تولید كنند راه درازی در پیش است. اما چگونه دستگاه نسخه برداری تصمیم می گیرد كه در یك زمان خاص كدام بخش از یك ژن را بخواند هنوز معمایی بزرگ است. در مورد مكانیسم هایی كه تعیین می كنند در زمان و مكانی خاص كدام ژن ها یا مجموعه ژن ها باید روشن یا خاموش شوند نیز همین را می توان گفت. پژوهشگران دارند كشف می كنند كه هر ژن برای آنكه وظیفه اش را انجام دهد به صدها نقش مكمل نیازمند است. اینها عبارتند از پروتئین هایی كه یك ژن را برای مثال با افزودن گروه های استیل یا متیل به DNA خاموش یا فعال می كنند. پروتئین های دیگر كه فاكتورهای نسخه برداری نامیده می شوند، برهمكنش مستقیم تری با ژن دارند: این فاكتورها با فرودگاه هایی كه نزدیك ژن تحت كنترلشان قرار دارد تركیب می شوند. فعال سازی تركیبات مختلف مكان های فرود، همچون مورد درهم تافتن های جانشین، كنترل دقیق بیان ژن را امكان پذیر می سازد. اما هنوز خیلی مانده است تا پژوهشگران دقیقاً دریابند كه تمام این عوامل تنظیم كننده واقعاً چگونه كار می كنند یا چگونه با درهم تافتن های جانشین می خوانند. از اینها گذشته در حدود یك دهه پیش پژوهشگران به درك نقش كلیدی پروتئین های كروماتین و RNA در تنظیم بیان ژن دست یافتند. پروتئین های كروماتین در اصل بسته بندی DNA هستند و كروموزوم ها را در مارپیچی كامل نگه می دارند. كروماتین با اندكی تغییرشكل می تواند ژن های متفاوتی را در اختیار دستگاه نسخه برداری قرار دهد.علاوه بر این ژن ها به ساز RNA می رقصند. مولكول های كوچك RNA كه بسیاری از آنها كوچكتر از ۳۰ باز هستند، اكنون در شهرت به پای سایر تنظیم كننده های ژن می رسند. بسیاری از پژوهشگرانی كه زمانی روی RNA پیامبر و سایر مولكول های نسبتاً بزرگ RNA متمركز بودند در ۵ سال گذشته توجه خویش را به این پسرعموهای كوچكتر معطوف كرده اند كه عبارتند از میكرو RNA و RNA هسته ای كوچك. جالب اینكه RNAها در این كسوت های گوناگون بیان ژن را متوقف كرده یا به شكل دیگری تغییر می دهند. آنها علاوه بر این در تمایز سلولی در فرایند تكوین جانداران نیز نقشی كلیدی دارند اما مكانیسم های كارشان درست معلوم نشده است.پژوهشگران در تعیین این مكانیسم های گوناگون گام های بلندی برداشته اند. ژنومیك دانان با كنار هم گذاشتن ژنوم های جانداران در شاخه های مختلف درخت تكاملی، مشغول تعیین موقعیت مناطق تنظیمی هستند و از چگونگی تكامل مكانیسم هایی نظیر درهم تافتن جانشین بینش كسب می كنند. این بررسی ها به نوبه خود باید به چگونگی طرز كار این مناطق نیز كمك كنند. آزمایش هایی كه روی موش انجام شده، نظیر افزایش یا حذف مناطق تنظیم كننده و دستكاری RNA و مدل های كامپیوتری نیز باید مفید باشند. اما پرسش اصلی به احتمال زیاد تا مدت های مدید همچنان بی پاسخ خواهد ماند: چگونه تمام این ویژگی ها در هم می آمیزند تا در نهایت ما را بسازند؟
منبع: الیزابت پنیسی
ترجمه: كاوه فیض اللهی
روزنامه شرق