ژن های تکوینی اصلی در بزرگسالی نقش دارند

کرم‌های پهن پلاناریا به منظور ایجاد کرم‌های جدید، مانند بسیاری دیگر از شاهکارهای خارق‌العاده‌‌ای که انجام می‌دهند، از طریق قطعه قطعه کردن بخشی از خودشان تولید مثل می­کنند. در حال حاضر، محققان کشف کرده­اند که این فرایند از طریق ژن­های Hox، خانواده­ای از ژن­ها که به دلیل هماهنگ کردن جنبه­های مهم تکوین اولیه شناخته شده­اند، کنترل می­شود.

شرح خبر:

کرم‌های پهن پلاناریا به منظور ایجاد کرم‌های جدید، مانند بسیاری دیگر از شاهکارهای خارق‌العاده‌‌ای که انجام می‌دهند، از طریق قطعه قطعه کردن بخشی از خودشان تولید مثل می‌کنند. در حال حاضر، محققان کشف کرده­اند که این فرایند از طریق ژن­های Hox، خانواده­ای از ژن­ها که به دلیل هماهنگ کردن جنبه­های مهم تکوین اولیه شناخته شده­اند، کنترل می­شود.

این یافته، که در مجله Nature Communications در تاریخ 18 نوامبر 2021 چاپ شده است، یکی از نقش‌های این ژن­ها را در بزرگسالی نشان می­دهد. طبق نظر نویسنده ارشدChristopher Arnold ژن­های Hox به بیان شدن در بافت­های افراد بالغ ادامه می­دهند و در بعضی سرطان­های مشخص انسانی از تنظیم خارج می­شوند، اما نقش­های عملکردی آن­ها در این بافت­های بالغ به خوبی درک نشده است.

Arnold، یک محقق در مقطع پست دکتری در آزمایشگاه Alejandro Sánchez Alvarado، مدیر اجرایی و مدیر ارشد علمی Stowers و محقق موسسه پزشکی Howard Hughes می­گوید: “با کشف عملکردهای جدید ژن­های Hox، ما می­توانیم شروع به پر کردن این شکاف در فهم این موضوع بکنیم، که این ژن­ها در جانوران بالغ هم در شرایط سالم و هم در بیماری چه کاری انجام می­دهند.”

ژن­های Hox احتمالا از جمله مهم­ترین ژن­ها در زیست شناسی تکوینی هستند. در تعدادی از ارگانیسم­ها، این ژن­ها نشان داده شده است که نقشه بدن جنین در حال تکوین را در طول محورقدامی-خلفی، یا از سر تا دم را تعیین می­کند. Arnold گفت:”اما ما در سیستم خود یک معما داشتیم به این دلیل که این طور به نظر می­رسید که هیچ یک از ژن­های Hox نقشی در بدن کرم­های پهن ایفا نمی­کنند“

کرم‌های پهن پلاناریاهای بدون جنسیت (Schmidtea mediterranea) که آزمایشگاه Sánchez Alvarado روی آن­ها مطالعه می­کند هیچ مرحله جنینی ندارند – آن‌ها بالغ اجباری هستند، که در یک مرحله دائمی بزرگسالی محبوس شدند. و تا همین اواخر، آن­ها به نظر می­رسید که فاقد بخش­های آناتومیکی باشند که ژن­های Hox عموما از طریق آن نقشه بدن یک ارگانیسم را به طور دائمی سازماندهی می­کنند. با این حال، در سال 2019 Arnold و همکارانش دریافتند که پلاناریا در حقیقت بخش بندی شده است. هنگامی که محققان بدن موجودات کوچک را با استفاده از لامل له کردند، این کرم­های پهن به بخش­های متعدد، با فاصله منظم از هم جدا شدند.

به خاطر اینکه یکی از آن بخش­ها دقیقا با قسمتی مطابقت دارد که کرم‌های پهن در فرایند تولید مثل آن قسمت را قطعه قطعه می­کنند، محققان به این قضیه مشکوک شدند که ژن­های Hox در تولید مثل غیر جنسی نقشی را ایفا می­کنند. آن­ها عملکرد هر ژن Hox را مهار کردند و سپس منتظر ماندند تا ببینند چگونه آن نقص­ها روی توانایی ارگانیسم برای انجام اعمال تولید مثل در یک ظرف (شرایط آزمایشگاهی) تاثیر می­گذارد.

به طور معمول، هنگامی که یک کرم پهن به طور غیر جنسی تولید مثل می­کند، این اتفاق با قلاب کردن دم خود به یک ماده جامد مثل یک تخته سنگ زیر آب یا پتری دیش شروع می­شود. سپس در جهت مخالف می­خزد، قسمت میانی بدن خود را به شکل موج دار حرکت می­دهد و بدن خود را می­کشد تا نهایتا به یک نقطه مشخص می­رسد، جایی که مثل یک نوار پلاستیکی می­شکند و یک تکه کوچک به جا می­گذارد.

محققان نشان دادند که 5 تا از 13 ژن Hox برای انجام این عمل توسط کرم­ها مورد نیاز است. آن­ها همچنین کشف کردند که دو تا از 3 ژن تاثیر معکوس روی قطعه قطعه شدن و رفتارهای مرتبط با تولید مثل غیر جنسی دارد. ناک داون ژن Hox3 باعث ایجاد کرم­هایی با قطعات بیشتر سر تا دم می­شود که متعاقبا سعی به تولید مثل دارند، در حالیکه ناک داون ژن post2b به کلی این قطعات و رفتارها را با هم حذف می­کند.

Arnold گفت: ” ما دریافته­ایم که ژن­های Hox نه تنها در جانوران بالغ عملکرد دارند، بلکه آن­ها برای یک عملکرد جانوران منحصرا بالغ مثل تولید مثل غیر جنسی مورد نیاز هستند.” محققان باور دارند که یافته­های آن­ها نشان می­دهدبسیاری از ژن­هایی که سابق بر این تصور می­شد که تنها در تکوین جنینی عمل می­کنند همچنین می­توانند نقش­های مهمی در سلامتی و بیماری بزرگسالان داشته باشند.

نویسنده ارشد Alejandro Sánchez Alvarado گفت: “ممکن است تعریف ما از اینکه این ژن­ها چه کاری انجام می­دهد بسیار محدود بوده باشد.” “ممکن است بسیار بیشتر از چیزی که ما هنوز کشف نکردیم وجود داشته باشد، و ما لازم است که فقط در مکان درست جستجو کنیم.” در آینده، تیم قصد دارد که روی تولید مثل غیر جنسی به منظور نشان دادن دیدگاه­های جدیدی درباره­ی برنامه­های تکوینی مرتبط با رشد، رفتار و تولید مثل جانوران بالغ مطالعه کند.

نویسندگان همکار عبارتند از Frederick G. Mann Jr در مقطع PhD، Stephanie H. Nowotarski در مقطع PhD، Julianna O. Haug, Jeffrey J. Lange در مقطع PhD و Chris W. Seidel در مقطع PhD از موسسه Stowers و Analí Migueles Lozano از دانشگاه شیکاگو.

این مطالعه توسط موسسه پزشکی Howard Hughes، موسسه Stowers برای تحقیقات پزشکی و موسسه بین المللی علوم پزشکی عمومی از موسسه سلامت بین المللی (award R37GM057260)تامین مالی شد. مسئولیت محتوا صرفا بر عهده نویسندگان است و ضرورتا دیدگاه­های رسمی NIH را ارائه نمی­دهد.

مترجم:صدف حجاران

منبع