به گزارش آماج، دانشمندان منبعی غیرمنتظره از تنوع ژنتیکی در اسپرم انسان شناسایی کردهاند که برخلاف تصور پیشین، پیش از آغاز تقسیم سلولی ویژه تولید سلولهای جنسی رخ میدهد. این یافته میتواند درک دانشمندان از چگونگی شکلگیری تنوع ژنتیکی، باروری، تکامل ژنوم و برخی بیماریهای ارثی را تغییر دهد.
این پژوهش که توسط محققان مؤسسه Wellcome Sanger، دانشگاه کمبریج و همکاران آنها انجام شده و در مجله Nature منتشر شده است، نشان میدهد یکی از انواع نوترکیبی ژنتیکی به نام تبدیل ژنی غیرکراساور (Non-crossover gene conversion) پیش از تقسیم میوز و در جریان تقسیمهای معمول سلولی اتفاق میافتد.
تنوع ژنتیکی چگونه در اسپرم شکل میگیرد؟
هر انسان ترکیبی منحصربهفرد از DNA والدین خود را به ارث میبرد. بخش قابلتوجهی از این تنوع به کمک فرایندی به نام نوترکیبی ژنتیکی ایجاد میشود؛ فرایندی که طی آن دو نسخه از یک کروموزوم، یکی از مادر و دیگری از پدر، هنگام شکلگیری اسپرم یا تخمک با یکدیگر تبادل یا کپیهایی از بخشهایی از DNA ایجاد میکنند.
سلولهایی که در نهایت به تولید اسپرم منجر میشوند، ابتدا طی دورهای طولانی چندین بار تقسیم سلولی عادی یا میتوز را پشت سر میگذارند و سپس وارد مرحله میوز میشوند؛ مرحلهای تخصصی که برای تولید سلولهای جنسی ضروری است.
پیش از این تصور غالب این بود که بیشتر نوترکیبیهای ژنتیکی در مرحله میوز اتفاق میافتند. در نوترکیبی کراساور، بخشهای نسبتاً بزرگی از کروموزومها با یکدیگر جابهجا میشوند. اما در تبدیل ژنی غیرکراساور، بخش کوتاهی از DNA یک کروموزوم بهصورت یکطرفه روی کروموزوم دیگر کپی میشود.
ردپای تغییرات ژنتیکی پیش از میوز
پژوهشگران برای بررسی زمان وقوع این تغییرات، ۱۵ نمونه اسپرم از ۱۳ اهداکننده ۲۴ تا ۷۴ ساله را مورد بررسی قرار دادند. آنها با استفاده از فناوری توالییابی دقیق و خوانش بلند DNA توانستند ۷ هزار و ۱۴۳ رویداد کراساور و ۲ هزار و ۳۸۲ رویداد تبدیل ژنی غیرکراساور را مستقیماً در DNA اسپرم شناسایی کنند.
محققان سپس این یافتهها را با دادههای ژنومی بهدستآمده از نمونههای خون و اطلاعات منتشرشده قبلی مقایسه کردند.
نتایج برای نخستین بار نشان داد که بخش قابلتوجهی از رویدادهای تبدیل ژنی احتمالاً پیش از آغاز میوز شکل میگیرند؛ یعنی در جریان همان تقسیمهای سلولی عادی که سلولهای تولیدکننده اسپرم را در طول زندگی فرد حفظ میکنند.
DNA چگونه پیش از تولید اسپرم تغییر میکند؟
تغییرات ژنتیکی ایجادشده پیش از میوز دارای نشانههای مولکولی متفاوتی با تغییراتی هستند که در مرحله میوز رخ میدهند. پژوهشگران دریافتند این نشانهها شباهت زیادی به فرایندهای ترمیم DNA دارند که در سلولهای معمولی بدن نیز مشاهده میشوند.
به این ترتیب، یافتهها نشان میدهند که ترمیم DNA در سلولهای پیشساز اسپرم میتواند پیش از ورود این سلولها به مرحله میوز، به ایجاد بخشی از تنوع ژنتیکی کمک کند.
پژوهشگران همچنین دریافتند تعداد و محل وقوع این تبدیلهای ژنی میان افراد مختلف متفاوت است. حتی در دوقلوهای همسان نیز تفاوتهایی در الگوی این رویدادها مشاهده شد. این موضوع نشان میدهد شکلگیری تنوع ژنتیکی فقط تحت تأثیر عوامل ارثی نیست و فرایندهای زیستی متفاوت میان افراد نیز میتوانند در آن نقش داشته باشند.
ارتباط احتمالی با بیماریهای ارثی و باروری
یکی از نکات مهم این پژوهش آن است که بسیاری از این رویدادهای کپیشدن DNA در بخشهایی از ژنوم رخ میدهند که بهطور طبیعی مستعد شکستگی هستند.
از آنجا که این نواحی از ژنوم پایداری کمتری دارند، نحوه ترمیم آسیبهای DNA در آنها میتواند به ایجاد تغییراتی منجر شود که در برخی موارد با بیماریهای ارثی ارتباط داشته باشند.
بنابراین، یافته جدید میتواند مسیر تازهای برای مطالعه نحوه حفظ سلامت DNA در سلولهای تولیدکننده اسپرم و بررسی عواملی که بر سلامت باروری و انتقال تغییرات ژنتیکی از یک نسل به نسل بعد تأثیر میگذارند، فراهم کند.
توالییابی دقیق چه چیزی را آشکار کرد؟
Regev Schweiger، نویسنده نخست این پژوهش از دانشگاه تلآویو، گفت: «ما دریافتیم که تبدیل ژنی در اسپرم ظاهراً از یک فرایند واحد ناشی نمیشود. در کنار مسیر شناختهشده میوز، بخش قابلتوجهی از این فرایند ویژگیهایی دارد که با ترمیم DNA پیش از میوز سازگار است. مشاهده مستقیم هزاران مورد از این رویدادها در اسپرم، پنجره جدیدی برای درک چگونگی ایجاد تنوع ژنتیکی در اختیار ما قرار میدهد.»
Richard Durbin، از نویسندگان ارشد پژوهش در دانشگاه کمبریج و عضو هیئت علمی مؤسسه Wellcome Sanger، نیز گفت: «توالییابی با دقت بالا و خوانش بلند به ما امکان میدهد هم کراساورها و هم تبدیلهای غیرکراساور را که شناسایی آنها بسیار دشوارتر است، مستقیماً در اسپرم مشاهده کنیم. این فناوری قدرت بسیار بیشتری برای بررسی نوترکیبی در افراد مختلف فراهم میکند و زیستشناسیای را آشکار کرده است که با دادههای قبلی بهسختی قابل تشخیص بود.»
Raheleh Rahbari، دیگر نویسنده ارشد پژوهش از مؤسسه Wellcome Sanger، گفت: «درک اینکه تغییرات ژنتیکی کجا و چه زمانی ایجاد میشوند، برای شناخت نحوه حفظ سلامت ژنوم انسان در کنار ایجاد تنوع ژنتیکی ضروری است. یافتههای ما نشان میدهد ترمیم DNA پیش از میوز بیش از آنچه پیشتر تصور میشد در ایجاد تنوع ژنتیکی در اسپرم نقش دارد و فرصتهای جدیدی برای بررسی دلیل تفاوت این فرایندها میان افراد و تأثیر آنها بر تنوع منتقلشده به نسل بعد فراهم میکند.»
کشفی تازه درباره منشأ تنوع ژنتیکی انسان
این پژوهش تصویری پیچیدهتر از شکلگیری تنوع ژنتیکی در سلولهای جنسی انسان ارائه میدهد. به نظر میرسد نوترکیبی DNA تنها در مرحله میوز اتفاق نمیافتد و بخشی از تغییرات میتواند سالها پیش از شکلگیری اسپرم، در سلولهای پیشساز آن ایجاد شود.
با توجه به مقدماتی بودن یافتهها، مطالعات بیشتری لازم است تا مشخص شود این فرایند دقیقاً چگونه کنترل میشود، چرا میان افراد متفاوت است و چه ارتباطی با باروری، بیماریهای ارثی و تکامل ژنوم انسان دارد.
برای دنبال کردن تازهترین یافتههای علمی و اخبار دنیای ژنتیک و پزشکی، به آماج مراجعه کنید.
