چرا انسان‌ها ژن‌های اندکی دارند؟

وقتی زیست‌شناسان پیشگام توالی ژنوم انسان را در سال‌های پایانی دهه‌ی ۱۹۹۰ میلادی مشخص می‌كردند، تعداد ژن‌های گنجانده شده در ۳ میلیارد جفت باز سازنده‌ی DNA را برآورد كردند، چند برآورد به هم نزدیك بودند. بیش از یك دهه پذیرفته شده بود كه ما حدود ۱۰۰ هزار ژن نیاز داریم تا هزاران فرایند سلولی را به انجام برسانند كه ما را زنده نگه می‌دارند. با وجود این، مشخص شد كه ما فقط حدود ۲۵ هزار ژن داریم، یعنی به همان اندازه كه یك گیاه گلدار بسیار كوچك به نام آرابیدوپسیس( Arabidopsis ) دارد و اندكی بیش‌تر از كرمی به نام كنورابدیتیس الگانس( Caenorhabditis elegans ).
این شگفت‌زدگی باعث بحث‌های نقادانه‌ی در حال رشدی در میان ژنتیكدانان شد: ژنوم ما و پستانداران دیگر انعصاف‌پذیرتر و پیچیده‌تر از آن‌ چیزی است كه تا كنون به نظر می‌رسید. تصور قدیمی یك ژن/ یك پروتیین كنار گذاشته شده است: اكنون مشخص شده است كه ژن‌های زیادی می‌توانند بیش از یك پروتیین تولید كنند.
پروتیین‌های تنظیمی، RNA ، و بخش‌های نارمز دهنده‌ی DNA و حتی تغییرهای شیمیایی و ساختاری خود ژنوم، تعیین می‌كنند كه ژن‌ها چگونه، كجا و چه زمانی بیان شوند. مشخص كردن این كه همه‌ی این عامل‌ها چگونه با هم كار می‌كنند تا چگونگی بیان ژن را پی‌ریزی كنند، یكی از چالش‌های اصلی پیش‌روی زیست‌شناسان است.
در چنن سال گذشته، روشن شد پدیده‌ای به نام پیرایش جایگزین( alternative splicing ) یكی از علت‌هایی است كه ژنوم انسان می‌تواند با تعداد اندكی ژن، چنین پیچیدگی را به وجود آورد. ژن‌های انسان هم DNA رمزدهنده(به نام اگزون) و هم DNA نارمزدهنده(به نام اینترون) دارد. در برخی ژن‌ها، تركیب متفاوتی از اگزون‌ها می‌تواند در زمان‌های مختلف فعال شود و از هر تركیب، پروتیین متفاوتی به دست آید.
پیرایش جایگزین از مدت‌ها پیش به عنوان یك سكسكه‌ی نادر طی رونویسی از ژن در نظر گرفته می‌شد، اما پژوهشگران به این نتیجه رسیده‌اند كه دست كم در نیمی از ژن‌های ما رخ می‌دهد؛ البته، برخی ژنتیكدانان از همه‌ی ژن‌ها‌ی ما یاد می‌كنند! این یافته گام بلندی به سوی توضیح این حقیقت بود كه چگونه تعدادی ژن، صدها و هزاران پروتیین مختلف تولید می‌كنند. اما ماشین رونویسی چگونه تصمیم می‌گیرد كدام بخش‌های ژن در زمانی خاص خوانده شوند، هنوز یك راز است.
چنین چیزی را درباره‌ی سازوكارهایی كه تعیین می‌كنند كدام ژن‌ها یا دسته‌ای از ژن‌ها در زمان و مكان خاص روشن یا خاموش می‌شوند، نیز باید گفت. پژوهشگران كشف كرده‌اند كه هر ژن برای این كه كارش را انجام دهد به بازیگران پشتیبانی نیاز دارد و گاهی تعداد این بازیگران به صدها می‌رسد. این‌ها شاما پروتیین‌هایی هستند كه ژن‌ها را خاموش و فعال می‌كنند؛ برای مثال، با افزودن گروه‌های استیل یا متیل به DNA . پروتیین‌های دیگر، كه عامل‌های رونویسی نامیده می‌شوند، به طور مستقیم‌تری با ژن‌ها برهم‌كنش دارند: آن‌ها به جایگاه‌های خاصی، نزدیك ژنی كه زیر فرمان آن‌ها است، متصل می‌شوند. مانند پیرایش جایگزین، فعال شدن تركیب‌های مختلفی از جایگاه‌های اتصال، تنظیم ظریف بیان ژن را امكان‌پذیر می‌سازد، اما هنوز پژوهشگران باید به دقت مشخص كنند كه چگونه همه‌ی این عامل‌های تنظیمی با هم كار می‌كنند و چگونه با پیرایش جایگزین هماهنگ می‌شوند.
در دهه‌ی گذشته یا اندكی بیش‌تر، پژوهشگران نقش كلیدی پروتیین‌های كروماتین و RNA را در تنظیم بیان ژن پذیرفتند. پروتیین‌های كروماتیین در اصل به بسته‌بندی DNA و حفظ شكل مارپیچی‌ آن كمك می‌كنند. با تغییر اندكی در شكل كروماتین، ممكن است ژن‌‌های مختلف در معرض ماشین رونویسی قرار گیرند.
ژن‌ها به میزان RNA نیز حساس هستند. مولكول‌های كوچكی از RNA ، كه بسیاری از آن‌ها كم‌تر از ۳۰ باز دارند، اكنون به عنوان تنظیم‌كننده‌ ژن در كانون توجه قرار گرفته‌اند. پژوهشگران زیادی، كه در ۵ سال گذشته روی RNA پیك و دیگر مولكول‌های به نسبت بزرگ RNA كار می‌كردند، اكنون به مطالعه‌ی این خویشاوندان كوچك‌تر آن‌ها، از جمله میكرو RNA و RNA هسته‌ای كوچك، روی آورده‌اند. شگفت‌آور است كه این مولكول‌های كوچك، ژن‌ها را خاموش می‌كنند و بنابراین بیان ژن را تغییر می‌دهند. آن‌ها در تمایز سلولی، كه طی رشد و نو جانداران رخ می‌دهد، نیز نقش كلیدی دارند، اما چگونگی كاركرد آن‌ها هنوز به درستی مشخص نیست.
پژوهشگران گام‌های زیادی برای روشن كردن این سازوكارهای گوناگون تنظیم فعالیت ژن‌ها برداشته‌اند. ژنوم‌شناسان با مقایسه‌ی ژنوم جانداران شاخه‌های مختلف درخت تكاملی تلاش می‌كنند جایگاه بخش‌های تنظیمی را مشخص كنند و سرنخ‌هایی برای چگونگی تكامل سازوكارهایی مانند پیرایش جایگزین پیدا كنند. در عوض، این پژوهش‌ها راه را برای شناخت چگونگی كار این بخش‌های تنظیمی روشن خواهند كرد.
آزمایش‌هایی روی موش‌ها، مانند افزودن یا حذف بخش‌های تنظیمی و دست‌كاری RNA ، و مدل‌سازی رایانه‌ای می‌تواند در این راه به ما كمك كند. اما پرسش اساسی كه به احتمال زیاد تا مدتی دراز بدون پاسخ خواهند ماند این است: چگونه همه‌ی این ویژگی‌ها با هم در یك قالب ریخته شده‌اند تا جانداری مانند ما را بسازند؟

نویسنده: الیزابت پنسی
مترجم: آقای حسن سالاری

منبع : جزیره دانش