سلول هایمان DNA یکسانی “ندارند”!/هیچ نورونی از نظر ژنتیکی شبیه دیگری نیست

Rate this post

نوروسافاری | ژنتیک هر کدام از سلول های عصبی سازنده ی مغز انسان از سایر سلول های عصبی متفاوت است. در واقع نمیتوان هیچ دو نورونی را یافت که از نظر ژنتیکی یکسان باشند.  این واقعیت میتواند درک بهتری  را در مورد برخی بیماری های روانپزشکی برای ما فراهم کند.

 

به گزارش نوروسافاری، به نقل از ساینتیفیک امریکن، در ده های اخیر ما شاهد تلاش های بسیار گسترده ای برای کشف ریشه های ژنتیکی بیماری های سیستم اعصاب مرکزی مانند اسکیزوفرنی و اوتیسم بوده ایم. با این حال، ژن هایی که تا کنون پیدا شده اند، تنها اطلاعات بسیار اولیه ای را برای ما فراهم کرده اند. برای مثال، حتی مهمترین فاکتورهای ریسک ژنتیکی برای بروز اوتیسم، تنها درصد اندکی از کل موارد بروز این بیماری را پوشش میدهند.

 

این تلاش های بی نتیجه، ریشه در آن دارد که جهش های ژنی کلیدی و بالا برنده ی ریسک ابتلا به بیماری های مذکور، معمولا نادر هستند؛ زیرا احتمال کمتری برای انتقال به فرزند دارند. جهش های ژنی رایج تر، علی رغم اینکه در محاسبات کلان با در نظر گرفتن تمام جمعیت افراد مبتلا، بسیار مهم جلوه میکنند اما ریسک های کمتری را پوشش میدهند. جاهای دیگری هم برای جستجوی فاکتورهای ریسک بروز این بیماری ها وجود دارند، و یکی از منابع احتمالی برای این منظور به تازگی کشف شده است. ایده ای که یکی از اصول اساسی بیولوژی را تغییر داده و باعث شده است محققین بسیاری در این زمینه هیجان زده شوند.

 

ایده ی پذیرفته شده ی قبلی اینطور بیان میشود که علی رغم اینکه هر سلول موجود در بدن، DNA منحصر به فرد خود را دارد، ولی دستورالعمل های ژنتیکی در هسته ی هر سلول کاملا یکسان هستند. این در حالی است که تحقیقات جدید ثابت کرده اند که این فرض، اشتباه است. در واقع چندین منبع برای جهش های ژنی ناگهانی در سلول های سوماتیک (غیر جنسی) وجود دارند که باعث میشود هر سلول شامل تعداد بسیار زیادی ژنوم باشد؛ شرایطی که محققان آن را Somatic Mosaicism مینامند. جیمز ایبرواین، دانشمند حوزه ی بیوشیمی در دانشگاه پنسیلوانیا میگوید: ” این ایده در واقع اگر ۱۰ سال پیش بیان میشد، به عنوان یک مقوله ی علمی تخیلی با آن برخورد میشد. ما یاد گرفته ایم که همه ی سلول ها DNA یکسانی دارند اما این درست نیست.” دلایلی وجود دارند که نشان میدهند پدیده ی Somatic Mosaicism احتمالا، به طور خاص در مغز اهمیت بسیار زیادی دارد؛ زیرا ژن های سلول های عصبی بسیار فعال هستند.

 

The Brain Somatic Mosaicism Network

گروه (The Brain Somatic Mosaicism Network (BSMN که دو سال پیش شکل گرفته است، طی مقاله ای که در ۲۷ آپریل در ژورنال Science به چاپ رساندند، طرحی کلی از موضوعات مرتبط با استفاده ی تکنولوژی به منظور بررسی تنوع ژنتیکی موجود در هر سلول را ارائه کردند. این بررسی ها شامل یافتن ارتباط احتمالی تنوع ژنتیکی به بیماری های سیستم عصبی نیز میشود. توماس لهنر رئیس دفتر پژوهش های ژنومیک در موسسه ملی سلامت ذهن میگوید: ” انگیزه و علاقه برای پژوهش در زمینه ی Mosaicism بسیار زیاد بود اما بودجه ای برای آن وجود نداشت.” لازم به ذکر است این موسسه برای سه سال اول، مبلغ ۳۰ میلیون را به BSMN اختصاص داده است؛ که دو سال آن گذشته است.

 

کنسرسیوم متشکل از ۱۸ تیم تحقیقاتی حاضر در ۱۵ موسسه آمریکایی بود که اجازه ی دسترسی به بافت مغزی اجساد موجود برای تشریح را داشتند. بافت های مغزی از اجساد افراد سالم، مبتلا به اسکیزوفرنی، اوتیسم، اختلال دو قطبی، سندروم تورت و یا صرع گرفته شده بود. هر تیم با نمونه های متفاوتی سرکار داشتند. لهنر میگوید: ” کاربردهای تکنولوژیک و تولیدات جدید زیادی در این میان وجود دارند، و مقدار زیادی داده، که به زودی منابع اطلاعاتی با ارزشی خواهند شد.”

 

بیشتر بخوانید:  آشنایی با علوم اعصاب

(چند ریختی تک-نوکلئوتیدها یا SNVs / SNPs)

مطالعات انجام شده در کنسرسیوم تایید کرد که Mosaicism یک پدیده ی رایج است. طبق یک گزارش منتشر شده، احتمالا صدها تغییر در یک حرف از کد ژنتیکی (چند ریختی تک-نوکلئوتیدها یا SNVs / SNPs) در هر نورون موجود در مغز موش وجود دارد. و گزارش دیگری این رقم را برای نورون های مغز انسان، بیش از هزار تغییر بیان کرده است. این مطالعات نشان میدهند که پدیده ی Somatic Mosaicism یک قانون (اصل) است نه یک پدیده ی اتفاقی و نادر و لذا هر نورون به صورت بالقوه ژنوم متفاوتی از نورون های دیگری که به آنها متصل است، دارد. دلیل اولیه ی جهش های سوماتیک به اشکالاتی مربوط است که در طول رونوشت DNA و در هنگام تقسیم سلولی اتفاق می افتد. سلول های بنیادی (اولیه) عصبی، ده ها میلیارد تقسیم سلولی را در طول رشد مغز تجربه میکنند و با سرعت زیادی تقسیم میشوند تا ۸۰ میلیارد سلول عصبی سازنده ی یک مغز بالغ را تولید کنند. تصویر (کپی) هر سلول که یک کپی کربنی از ماده ی ژنتیکی موجود در سایر سلول ها را در خود دارد، (البته به دلیل خوبی) شروع به محو شدن میکند. توالی ژنتیکی معمولا جهش های سوماتیکی را که در هر سلول اتفاق می افتد، ثبت نمیکند. مایکل مک کانل، نویسنده  و رهبر تیم مطالعه، در دانشگاه ویرجینیا میگوید: ” شما به نوعی میانگینی از ژنوم فرد را میگیرید و لذا این میانگین شامل جهش های مخصوص سلول های مغزی، که ممکن است در یک فرد رخ بدهند، نمیشود.”

 

در مطالعه ای که در سال ۲۰۱۲ انجام گرفت، جهش های سوماتیک در مغز کودکان مبتلا به Hemimegalencephaly یافت شدند. این مورد یک اختلال رشد و توسعه ی مغزی است که در آن یکی از نیمکره های مغز بزرگ شده و باعث بروز صرع و ناتوانی های ذهنی میشود. جهش ها در بافت درگیر مغز (بافت درگیر بیماری) یافت شدند. اما این جهش ها اغلب در خون و همچنین در سلول های بافت سالم مغزی پیدا نشدند. لازم به ذکر است که این جهش ها حتی در بافت های مغزی درگیر بیماری نیز، در چیزی بین ۸ تا ۳۵ درصد سلول ها یافت شدند. چنین مطالعاتی نشان دادند که جهش های سوماتیک میتوانند باعث رشد سریع جمعیت خاصی از سلول های مغزی شده و ناهنجاری های قشری را در مغز ایجاد کنند. همین امر باعث شد این سوال برای محققان مطرح شود که آیا جهش های سوماتیک در بیماری ها و شرایط پیچیده تر نیز دخیل هستند یا خیر.

 

نورون های بالغ، دیگر تقسیم نمیشوند و یکی از طولانی ترین عمرها را بین سلول های بدن دارند. لذا جهش ها، در مغز مدتی را در انتظار خواهند ماند. مک کانل میگوید: ” در پوست و شکم، سلول ها هر ماه یا هفته تجدید میشوند، پس جهش های سوماتیک نیازی نیس مدت زیادی منتظر بمانند مگر اینکه سرطان ایجاد کنند. این جهش ها قرار است همیشه در مغز شما باقی بمانند.” این موضوع میتواند شبکه های نورونی را تغییر داده و در نتیجه خطر بروز بیماری های روانپزشکی را ایجاد کنند. مک کانل میگوید: ” ما هنوز در مورد بیماری های روانپزشکی آنچنان اطلاعاتی نداریم و در واقع هدف همین است (یافتن پاسخ). فرضیه ی خوبی است اما برای به نتیجه رسیدن آن یک تلاش بزرگ چند تیمی لازم است.” در همین راستا، کنسرسیوم، توالی DNA مغز در گروه کنترل و نمونه ی بیماران را مورد بررسی قرار میدهد. ایبرواین، که در مطالعه ی جدید حضور ندارد میگوید: ” پیش از به نتیجه رسیدن باید یک نقشه داشته باشیم، و این پژوهش کمک میکند تا نقشه ی جهش های سوماتیکی را بسازیم که پتانسیل تاثیر گذاری بر روی عملکرد سلول های عصبی و ایجاد بیماری ها را دارند. لذا این کنسرسیوم برای علوم اعصاب بسیار با اهمیت است.”

 

سوالی که در اینجا مطرح میشود این است که آیا ژن های مرتبط با بیماری های مغزی، منزلگاه جهش های سوماتیک هستند یا خیر. این واقعیت که ژن های خاص، تنها تعداد اندکی از موارد را توضیح میدهند، شاید به این دلیل شکل گرفته است که محققان در سلول های جنسی (germ lines) به دنبال آنها بوده اند. مک کانل میگوید: ” شاید یک فرد جهش مورد نظر را در سلول های جنسی خود نداشته باشد اما درصدی از نورون های مغز وی آن را داشته باشند.” پدیده ی Somatic Mosaicism حتی میتواند عاملی موثر در زمینه ی تنوع سلول های عصبی به صورت عمومی باشد. آلیسون موتری، دانشمند علوم اعصاب در دانشگاه کالیفرنیا سن دیگو که عضو کنسرسیوم نیست، در این باره میگوید: ” این موضوع ممکن است توضیحی باشد برای متفاوت بودن هر فرد نسبت به دیگران. همه چیز به ژنوم یا محیط وابسته نیست. مورد دیگری نیز وجود دارد. هر چقدر بیشتر در مورد Somatic Mosaicism اطلاعات به دست می آوریم، ارتباط منحصر به فرد بودن هر شخص و طیف علائم وی در بیماری هایی مانند اوتیسم برای ما واضح تر میشود.”

 

بیشتر بخوانید:  مغز، اندام بی‌ قرار بدن

عناصر سیار ژنتیکی

جهش های سوماتیک در شرایط مختلفی میتوانند رخ بدهند. آنها ممکن است در مرحله رونوشت از DNA یا در اثر آسیب به DNA (آسیب به دلیل رادیکال های آزاد یا استرس محیطی) با همراهی نقص سیستم ترمیمی، رخ بدهند. علائه بر SNVs ها جهش هایی وجود دارند که با نام indels شناخته میشوند و در زمینه ی درج و حذف توالی های کوچک DNA (معمولا ده ها نوکلئوتید) شرکت دارند. این جهش ها نیز به طور مکرر اتفاق می افتند. جهش های بزرگتر و نادرتر شامل موارد ذیل میشوند: تغییرات ساختاری کروموزوم به صورت به دست آوردن یا از دست دادن کامل کروموزوم ها، یا به صورت CNVs ها که در آن ها تعداد تکرار قطعات بلند DNA (شامل چندین ژن) تغییر میکند. در داخل ژنوم ها همچنین عناصری به نام “عناصر سیار ژنتیکی” وجود دارند که اغلب مانند انگل رفتار میکنند، به اطراف حرکت کرده و از خود کپی هایی را تولید کرده و خود را وارد سایر بخش های ژنوم میکنند؛ اینطور به نظر می آیند که میخواهند بقای خود را تضمین کنند. این موجودات عجیب در حوزه ی ژنتیک، از موضوعات بسیار داغ تحقیقاتی هستند. آنها در بحث ما نیز بسیار مهم هستند زیرا میتوانند از رخ دادن جهش های سوماتیک اطمینان حاصل کنند، مانند یکی از انواع آنها با نام عنصر سیار ژنتیکی الحاق یا MEIs. آنها به همان روشی فعال میشوند که ژن ها در تولید نورون های جدید فعالیت میکنند و همین امر باعث میشود در دوران رشد در مغز بسیار فعال باشند.

 

بیشتر بخوانید:  فرآورده ای جدید برای درمان ALS/یک دارو برای دو بیماری

Sorted Pools

مقاله ی منتشر شده سه روش را برای مطالعه ی این جهش ها پیشنهاد میکند: اولین روش شامل استفاده از تکنولوژی برای تشکیل توالی ژنوم کامل از بافت حجیم مغزی است. این تکنیک میتواند تنوع های زیادی را شناسایی کند اما انواع نادر آنها در بین سلول های فراوان بافت حجیم مغزی گم خواهند شد. مک کانل میگوید:” در بافت حجیم مغزی شناسایی CNVs های بزرگ و عناصر سیار بسیار سخت تر از شناسایی SNVs ها است.” بعلاوه این روش توانایی مشخص کردن تنوع جهش ها، در بین انواع مختلف سلول ها را ندارد. بخشی از این مشکل میتواند با استفاده از تکنیکی به نام Sorted Pools حل شود. این تکنیک نورون ها را از بقیه انواع سلولی غیز مطلوب جدا میکند. با این حال مهم ترین پیشرفتی که به کنسرسیوم کمک خواهد کرد، ظهور تکنولوژی های جدیدی است که امکان تشکیل توالی ژنوم کامل هر سلول را فراهم میکند. موتری میگوید: ” با داخل شدن به فضای یک سلول میتوانیم آنچه پیدا میکنیم را با سلول های همسایه مقایسه کنیم و بگوییم : آها تفاوت در اینجاست! این پیشرفتی است که ما را واقعا به جلو خواهند راند. بسیار هیجان زده هستم. این شروع یک دوران کاملا جدید در بیولوژی و علوم اعصاب است.” این پروژه تا سال  ۲۰۲۰ دارای منابع مالی است و داده های خود را در دسترس عموم قرار خواهد داد. مک کانل میگوید: ” در حدود ۱۰۰۰۰ مجموعه داده با محتوای توالی ژنتیکی تولید خواهد شد، و ما آنرا در یک پایگاه داده در دسترس جامعه ی علمی، برای بررسی عمیق تر، قرار خواهیم داد. برنامه هایی برای همکاری با سایر پروژه های NIMH وجود دارند؛ مانند پروژه ی BrainSpan که هدف آن تهیه ی نقشه ی بیان ژن ها در دوره ی رشد و توسعه ی مغز است و همچنین پروژه ی psychENCODE که هدف آن تهیه نقشه ی اپیژنوم مغز است. اپیژنوم به معنای تغییرات DNA ای است که بر اثر عوامل محیطی صورت میگیرد و فعالیت ژن را بدون تغییر کد ژنتیکی، تحت تاثیر قرار میدهد. لهنر میگوید:” این قرار است شروع کار بر روی حوزه ی مهمی در پژوهش ها باشد. امید داریم که دید وسیعی از Mosaicism در مغز را به ما ارائه کرده و بینش عمیقی در زمینه ی ارتباط Mosaicism با اختلالات ذهنی و مغزی در اختیار ما بگذارد. ولی توقع ندارم همه ی جواب ها را بدست آوریم.” چنین بینشی ممکن است در نهایت منجر به کشف اهداف ژنتیکی مهمی برای درمان طیفی از بیماری های سخت و صعب العلاج شود.

 

موتری میگوید: ” این یک پژوهش اکتشافی است و ما در حال یادگیری در مورد این پدیده هستیم. اینکه چقدر مهم خواهد بود هنوز نمیدانیم اما با درک نحوه ی عملکرد و مکانیزم این پدیده فرصت های درمانی جدیدی ممکن است آشکار شوند.”

ترجمه و تلخیص: سید محمد رضا گواهی – وبسایت نوروسافاری

منبع گزارش خبری در سایت Scientific American:

Scientists Surprised to Find No Two Neurons Are Genetically Alike.

مرجع مقاله پژوهشی در ژورنال Science:

Intersection of diverse neuronal genomes and neuropsychiatric disease: The Brain Somatic Mosaicism Network.

همچنین ببینید

پژوهشگران چینی مغز انسان و موش را به هم متصل کردند

5 (100%) 1 vote نوروسافاری | پژوهشگران چینی مغز انسان را به وسیله رایانه به …

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *