یک نقشه گنج برای درک علل اپی ژنتیک بیماری

تصویر DNA (تصویر آرشیوی)
اعتبار: © Leigh Prather / Adobe Stock
 

بیش از 15 سال پس از آن که دانشمندان ابتدا ژنوم انسان را بر روی نقشه گذاشتند، اکثر بیماری ها هنوز بر اساس ژن هایشان قابل پیش بینی نیستند، و این امر، محققان را هدایت می کند برای کشف علل اپی ژنتیکی بیماری. اما مطالعه اپی ژنتیک را نمی توان به طور مشابه با ژنتیک انجام داد، و بنابراین پیشرفت در این زمینه آهسته بوده است. اکنون محققان مرکز تحقیقات تغذیه کودکان USDA / ARS در کالج پزشکی Baylor و بیمارستان کودکان تگزاس، یک بخش منحصر به فرد از ژنوم را که دانشمندان باید روی آن تمرکز کنند، تعیین کرده اند. گزارش آنها، که یک "نقشه گنج" برای تسریع در تحقیقات در زمینه اپی ژنتیک و بیماری انسان فراهم می کند، در مجله زیست شناسی ژنوم منتشر شد.
 
اپی ژنتیک یک سیستم برای علامت زنی مولکولی DNA است – این سیستم به سلول های مختلف در بدن می گوید که در آن نوع سلول کدام ژن ها را روشن یا خاموش کنند. اما ماهیت خاص سلولی اپی ژنتیک، مطالعه آن را چالشی می سازد. در حالی که از یک نمونه خون می توان برای "تحقیق ژنوتیپ" یک فرد استفاده کرد، بیشتر علائم اپی ژنتیک در DNA خون هیچ سرنخی درباره اختلال تنظیم اپی ژنتیکی در سایر قسمت های بدن مانند مغز و قلب را نمی دهد.
 
دکتر رابرت آ. واترلند، استاد اطفال - تغذیه و ژنتیک مولکولی و انسانی در Baylor و تیم او مناطق خاصی از ژنوم را شناسایی کرده اند که در آن از نمونه خون می توان برای پی بردن به قواعد اپی ژنتیک در سراسر بدن استفاده کرد، و این به دانشمندان اجازه می دهد تا علل اپی ژنتیکی بیماری را آزمایش کنند.
 
برای انجام این کار آنها بر پایه پایدار ترین فرم تنظیمات اپی ژنتیک - متیلاسیون DNA- متمرکز شدند. این اضافه کردن گروه های متیل به مولکول DNA در حالت جنینی اتفاق می افتد و می تواند بر سلامت شما در کل زندگی تاثیر شدید بگذارد.
 
برای شناسایی ناحیه های ژنومی که در آن متیلاسیون DNA بین مردم متفاوت است، اما در سراسر بافت های مختلف لایتغیر است، آنها متیلاسیون  DNAرا در سراسر ژنوم در سه بافت (تیروئید، قلب و مغز) از هر یک از 10 لاشه تحلیل کردند.
 
واترلند گفت: "از آن جایی که این بافت ها هر کدام نشان دهنده‌ی لایه ای مختلف از جنین اولیه هستند، ما اساسا در حال بازگشت زمانی به حوادثی هستیم که در خلال رشد اولیه جنین اتفاق افتاده است." "برای نقشه برداری از متیلاسیون DNA ما اطلاعات متیلاسیون را به یک سیگنال ژنتیکی تبدیل کردیم، سپس ژنوم ها را مرتب کردیم. اطلس ما به مقدار زیادی از اطلاعات توالی نیاز داشت - 370 بار بیشتر از آنچه برای اولین نقشه ژنوم انسان در سال 2001 مورد استفاده قرار گرفته بود."
 
نزدیک به 10000 ناحیه که محققان نقشه برداری کرده بودند، و ناحیه های همبسته تنوع بین فردی سیستماتیک(CoRSIV ها) نامیده می شد، در بر دارنده سطحی از فردیت مولکولی در انسان هاست که قبلاً ناشناخته بود.
 
دکتر کریستین کوارفا، دانشیار زیست شناسی مولکولی و سلولی در بیلور و همکار رهبر پروژه، گفت: "مطالعات اخیر نشان می دهد که متیلاسیون در این مناطق با طیف وسیعی از بیماری های انسانی شامل چاقی، سرطان، اوتیسم، بیماری آلزایمر و شکاف کام همراه است."
 
واترلند معتقد است که این یافته ها مطالعات اپی ژنتیک و بیماری را دگرگون خواهند کرد، زیرا محققان اکنون می دانند که در کجای ژنوم باید نگاه کنند.
 
واترلند گفت: "از آنجا که علامت گذاری اپی ژنتیک قدرت خاموش کردن پایدار یا فعال کردن پایدار ژن ها را دارد، هر گونه بیماری که یک پایه ژنتیکی دارد می تواند به طور یکسان و مشابه دارای پایه اپی ژنتیکی باشد." "پتانسیل باور نکردنی‌ای برای ما برای درک فرآیندهای بیماری از یک دیدگاه اپی ژنتیک وجود دارد. CoRSIV ها راه ورود به آن هستند."
 

دانشمندان در حدود 13000 منطقه از تفاوت های اپی ژنتیکی بین نورون ها در مناطق مختلف مغز را پیدا کرده اند که تا حداقل 10 درصد متفاوت هستند. محل آن تغییرات اپی ژنتیکی – که پوشش دهنده‌ی در حدود 12 میلیون پایه در ژنوم است – هم مکان می شود با سیگنال ژنتیکی که مشارکت دارد در رفتارهای اعتیاد آور، اسکیزوفرنی و اختلال های عصبی مانند نا به هنجاری دو قطبی.
     
برای دانشمندان هیچ تعجبی ندارند که تنوع، جوهره‌ی زیست شناسی باشد، نه فقط به عنوان چاشنی، بلکه بیشترِ مطالعات قبلی روی سلول های کلیدی مغز، تنوع پذیری کمی را در یک فرآیند سلولی معمولی یافته اند که در گیر این باشد که چگونه اطلاعات ژنتیکی خوانده می شوند و روی آنها عمل می شود.
 
پروسه ای که اپی ژنتیک نامیده می شود درگیر "نیشگون های" شیمیایی یا ساختاری به فعالیت ژن است که خودِ کد ژنتیکی اساسی را تحت تاثیر قرار نمی دهد، بلکه بر این تأثیر می گذارد که کِی و چگونه یک ژن برای خوانده شدن دستورالعمل های کدگذاری شده‌ی پروتئینی آن قابل دسترس می شود. اکثر بیماری ها هنوز بر اساس ژن هایشان قابل پیش بینی نیستند، و این امر، محققان را هدایت می کند برای کشف علل اپی ژنتیکی بیماری. هنگامی که تغییرات اپی ژنتیک در زمان و مکان اشتباه رخ می دهد، فرآیند، ژن ها را نیز در زمان و مکان اشتباه روشن و خاموش می کند.
 
اندرو ام دی فِینبِرگ، پروفسور برجسته بلومبرگ در پزشکی، علوم غدد و زیست شناسی مولکولی و ژنتیک، می گوید: "ما معتقدیم که ما فهمیده ایم که چه بخش هایی از ژنوم عصبی در میان این چهار ناحیه مغزی از نظر اپی ژنتیکی متفاوت هستند." "و این نواحی با انواع ژنتیکی ارثی مرتبط با شرایط روانپزشکی معین غنی می شوند."
 
دانشمندان مدتهاست متذکر شده اند که اپی ژنتیک نقش مهمی در شرایط روانپزشکی، سایر بیماری های عصبی مانند آلزایمر و یک لیست طولانی از بیماری های دیگر انسانی، از جمله سرطان دارد. فاینبرگ می گوید: مطالعه فعلی به طور قطعی پیوند اپی ژنتیک را به شرایط روانپزشکی نشان نمی دهد، اما یک نقشه راه برای بررسی بیشتر تنوع اپی ژنتیک در مکان های ژنی مشخص شده توسط تیم جان هاپکینز ارائه می دهد.
 

منبع: کالج پزشکی بیلور، و پزشکی جان هاپکینز