در تاریکی تیره ، حباب های آبی و سبز در حال رقصند. گاهی اوقات آنها فاصله های تزئینی را از یکدیگر حفظ می کنند ، اما در مواقعی دیگر رخ به رخ می شوند - و هنگامی که این اتفاق می افتد ، رنگ های دیگر شعله ور می شوند.
ویدئویی ، که سال گذشته گزارش شد ، تیره است و طول آن چند ثانیه است ، اما دانشمندانی که آن را دیدند را به تعجب و تحسین واداشت. برای اولین بار ، آنها در یک رویداد مرکزی در زیست شناسی شاهد جزئیاتی از یک قدم اولیه – که مدت زیادی نادیده بود و تنها به گونه ای هوشمندانه استنباط می شد - بودند: عمل روشن کردن یک ژن. آن حباب های آبی و سبز دو قطعه کلیدی DNA به نام تقویت کننده و ترویج دهنده (برچسب خورده به فلورسانس) بودند. هنگامی که آنها در تماس قرار می گرفتند ، یک ژن نیرو می گرفت ، همان طور که به صورت انفجاری قرمز آشکار می شد.
فعال سازی یک ژن - رونویسی - وقتی پروتئین هایی به نام فاکتور رونویسی به دو بخش اصلی DNA ، یک تقویت کننده و یک ترویج دهنده وصل می شوند ، شروع می شود. اینها از یکدیگر فاصله دارند و هیچ کس نمی دانست که چقدر باید نزدیک هم شوند تا رونویسی اتفاق بیفتد. در اینجا ، با کار با سلول های مگس ، محققان تقویت کننده ها را به صورت آبی و ترویج کننده ها را به صورت سبز برچسب زدند و به صورت بلادرنگ به تماشا نشستند. خود ژن نیز دچار پیچش شد ، به گونه ای که نسخه های mRNA ، که تازه از تنور در آمده بودند ، به صورت قرمز تابش داشتند. شعله قرمز آن چنان روشن است که تقریباً سفید می زند ، زیرا چندین mRNA به طور همزمان در حال ساخته شدن هستند. این مطالعه دریافت که تقویت کننده و ترویج کننده برای شروع نسخه برداری مجبورند عملاً در تماس قرار گیرند.
این رویداد بسیار مهم است. تمام سلول ها در بدن ما تقریباً همان مجموعه از حدود 20000 ژن مجزا را دارند ، که در چندین میلیارد بلوک ساختمانی (نوکلئوتید) کد گذاری شده اند که در رشته های طولانی DNA به هم وصل می شوند. با بیدار کردن زیر مجموعه های ژن در ترکیبات مختلف و در زمان های مختلف ، سلول ها هویت تخصصی خود را به دست می آورند و بافت های شگفت انگیز متفاوتی را ایجاد می کنند: قلب ، کلیه ، استخوان ، مغز. تا همین اواخر ، محققان هیچ راهی برای دیدن مستقیم آنچه که در هنگام فعال شدن ژن رخ می دهد ، نداشتند.
آنها مدت‌هاست که طرح های گسترده این روند را به نام رونویسی می شناسند. پروتئین هایی که به طور مناسب فاکتورهای رونویسی نامیده می شوند به مکانی در ژن - یک ترویج کننده - و همچنین به یک لکه DNA دورتر ، تقویت کننده ، متصل می شوند. این دو اتصال به آنزیمی به نام RNA پلیمراز اجازه می دهد تا بر روی ژن بنگرد و یک نسخه از آن تهیه کند.
آن نسخه کمی پردازش می شود و سپس به عنوان RNA پیام دهنده (mRNA) راهی سیتوپلاسم می شود. در آنجا ، ماشین آلات سلولی از دستورالعمل های mRNA برای ایجاد پروتئین هایی با مشاغل خاص استفاده می کند: مثلاً کاتالیز کردن واکنش های متابولیکی ، یا حسگری سیگنال های شیمیایی از خارج از سلول.
این برداشت از کتاب متن هرچه که باشد صحیح است اما سؤالات بسیاری را ایجاد می کند: چه چیزی به یک ژن معین می گوید که روشن یا خاموش شود؟ چگونه عوامل رونویسی سایتهای مناسبی را برای پیوند یافتن پیدا می کنند؟ چگونه یک ژن می داند که چقدر mRNA بسازد؟ چگونه تقویت کننده ها بر فعالیت ژن تأثیر می گذارند هنگامی که آنها می توانند یک میلیون بلوک ساختمانی DNA دور از خود ژن باشند؟
برای چندین دهه دانشمندان فقط ابزارهای کُند و غیرمستقیم برای بررسی این سؤالات داشتند. ایده های مربوط به DNA ، RNA و پروتئین ها از آسیاب کردن سلول ها و جدا کردن اجزای موجود می آمد. سپس ، در دهه 1980 ، دانشمندان شروع کردند به استفاده از یک روش تغییر بازی به نام FISH (کوتاه شده برای عبارتی انگلیسی با ترجمه فلورسانس در پیوندزنی درجای طبیعی خود) برای دیدن DNA و RNA به طور مستقیم ، درست در سلول. روش های دیگری به دنبال آمد - میکروسکوپ هایی با وضوح بهتر ، و روش های جدیدی برای برچسب زدن (و در نتیجه ردیابی) بازیکنان در این سمفونی مولکولی آنچنان که اجرا می شد. محققان توانستند رونویسی را همان طور که اتفاق می افتاد ، به طور مفصل تجزیه و تحلیل کنند.
Zhe Liu ، زیست شناس مولکولی در پردیس تحقیقاتی Janelia در مؤسسه پزشکی Howard Hughes در ویرجینیا ، می گوید: پیش از این ، وضعیت شبیه این بود که سعی کنید با دیدن یک تصویر ثابت از ارکستر ، سمفونی را بشنوید. تمام سلول ها در بدن ما تقریباً همان مجموعه از حدود 20000 ژن مجزا را دارند ، که در چندین میلیارد بلوک ساختمانی (نوکلئوتید) کد گذاری شده اند که در رشته های طولانی DNA به هم وصل می شوند. او می گوید: "شما هرگز نمی فهمیدید که آنها چه چیزی را اجرا می کنند." "شما هرگز نمی توانستید درک کنید که سمفونی چقدر زیبا است."
در اینجا ذوقی از آنچه زیست شناسان مولکولی با جاسوسی از این فرآیند کلیدی ، نانووسکوپی - به طور فزاینده ای به صورت بلادرنگ ، در سلول های زنده یاد می گیرند ، مطرح است.
گرچه دانشمندان از مدتها قبل دانسته اند که فاکتورهای رونویسی دیکته می کنند که آیا یک ژن روشن شود یا نه، این که چگونه این پروتئین ها برای یافتن محل های اتصال خود ، در فضای شلوغ مسخره در هسته هدایت می شوند ، اسرار آمیز بود.
در نظر بگیرید که وقتی رشته DNA در یک سلول انسانی باز شود طولی در حد یک یا دو متر خواهد داشت. لیو می گوید هسته قطری در حدود 5 تا 10 میکرومتر دارد ، بنابراین بسته بندی ژنوم ما شبیه است به پر کردن رشته ای که می تواند 10 بار در اطراف زمین بگردد در درون یک تخم مرغ. محققان تازه شروع به بررسی این مسئله کرده اند که چگونه این سیم پیچ و حلقه بر رونویسی ژن تأثیر دارد.
منبع: Alla Katsnelson By Casey Rentz
ویدئویی ، که سال گذشته گزارش شد ، تیره است و طول آن چند ثانیه است ، اما دانشمندانی که آن را دیدند را به تعجب و تحسین واداشت. برای اولین بار ، آنها در یک رویداد مرکزی در زیست شناسی شاهد جزئیاتی از یک قدم اولیه – که مدت زیادی نادیده بود و تنها به گونه ای هوشمندانه استنباط می شد - بودند: عمل روشن کردن یک ژن. آن حباب های آبی و سبز دو قطعه کلیدی DNA به نام تقویت کننده و ترویج دهنده (برچسب خورده به فلورسانس) بودند. هنگامی که آنها در تماس قرار می گرفتند ، یک ژن نیرو می گرفت ، همان طور که به صورت انفجاری قرمز آشکار می شد.
فعال سازی یک ژن - رونویسی - وقتی پروتئین هایی به نام فاکتور رونویسی به دو بخش اصلی DNA ، یک تقویت کننده و یک ترویج دهنده وصل می شوند ، شروع می شود. اینها از یکدیگر فاصله دارند و هیچ کس نمی دانست که چقدر باید نزدیک هم شوند تا رونویسی اتفاق بیفتد. در اینجا ، با کار با سلول های مگس ، محققان تقویت کننده ها را به صورت آبی و ترویج کننده ها را به صورت سبز برچسب زدند و به صورت بلادرنگ به تماشا نشستند. خود ژن نیز دچار پیچش شد ، به گونه ای که نسخه های mRNA ، که تازه از تنور در آمده بودند ، به صورت قرمز تابش داشتند. شعله قرمز آن چنان روشن است که تقریباً سفید می زند ، زیرا چندین mRNA به طور همزمان در حال ساخته شدن هستند. این مطالعه دریافت که تقویت کننده و ترویج کننده برای شروع نسخه برداری مجبورند عملاً در تماس قرار گیرند.
این رویداد بسیار مهم است. تمام سلول ها در بدن ما تقریباً همان مجموعه از حدود 20000 ژن مجزا را دارند ، که در چندین میلیارد بلوک ساختمانی (نوکلئوتید) کد گذاری شده اند که در رشته های طولانی DNA به هم وصل می شوند. با بیدار کردن زیر مجموعه های ژن در ترکیبات مختلف و در زمان های مختلف ، سلول ها هویت تخصصی خود را به دست می آورند و بافت های شگفت انگیز متفاوتی را ایجاد می کنند: قلب ، کلیه ، استخوان ، مغز. تا همین اواخر ، محققان هیچ راهی برای دیدن مستقیم آنچه که در هنگام فعال شدن ژن رخ می دهد ، نداشتند.
آنها مدت‌هاست که طرح های گسترده این روند را به نام رونویسی می شناسند. پروتئین هایی که به طور مناسب فاکتورهای رونویسی نامیده می شوند به مکانی در ژن - یک ترویج کننده - و همچنین به یک لکه DNA دورتر ، تقویت کننده ، متصل می شوند. این دو اتصال به آنزیمی به نام RNA پلیمراز اجازه می دهد تا بر روی ژن بنگرد و یک نسخه از آن تهیه کند.
آن نسخه کمی پردازش می شود و سپس به عنوان RNA پیام دهنده (mRNA) راهی سیتوپلاسم می شود. در آنجا ، ماشین آلات سلولی از دستورالعمل های mRNA برای ایجاد پروتئین هایی با مشاغل خاص استفاده می کند: مثلاً کاتالیز کردن واکنش های متابولیکی ، یا حسگری سیگنال های شیمیایی از خارج از سلول.
این برداشت از کتاب متن هرچه که باشد صحیح است اما سؤالات بسیاری را ایجاد می کند: چه چیزی به یک ژن معین می گوید که روشن یا خاموش شود؟ چگونه عوامل رونویسی سایتهای مناسبی را برای پیوند یافتن پیدا می کنند؟ چگونه یک ژن می داند که چقدر mRNA بسازد؟ چگونه تقویت کننده ها بر فعالیت ژن تأثیر می گذارند هنگامی که آنها می توانند یک میلیون بلوک ساختمانی DNA دور از خود ژن باشند؟
برای چندین دهه دانشمندان فقط ابزارهای کُند و غیرمستقیم برای بررسی این سؤالات داشتند. ایده های مربوط به DNA ، RNA و پروتئین ها از آسیاب کردن سلول ها و جدا کردن اجزای موجود می آمد. سپس ، در دهه 1980 ، دانشمندان شروع کردند به استفاده از یک روش تغییر بازی به نام FISH (کوتاه شده برای عبارتی انگلیسی با ترجمه فلورسانس در پیوندزنی درجای طبیعی خود) برای دیدن DNA و RNA به طور مستقیم ، درست در سلول. روش های دیگری به دنبال آمد - میکروسکوپ هایی با وضوح بهتر ، و روش های جدیدی برای برچسب زدن (و در نتیجه ردیابی) بازیکنان در این سمفونی مولکولی آنچنان که اجرا می شد. محققان توانستند رونویسی را همان طور که اتفاق می افتاد ، به طور مفصل تجزیه و تحلیل کنند.
Zhe Liu ، زیست شناس مولکولی در پردیس تحقیقاتی Janelia در مؤسسه پزشکی Howard Hughes در ویرجینیا ، می گوید: پیش از این ، وضعیت شبیه این بود که سعی کنید با دیدن یک تصویر ثابت از ارکستر ، سمفونی را بشنوید. تمام سلول ها در بدن ما تقریباً همان مجموعه از حدود 20000 ژن مجزا را دارند ، که در چندین میلیارد بلوک ساختمانی (نوکلئوتید) کد گذاری شده اند که در رشته های طولانی DNA به هم وصل می شوند. او می گوید: "شما هرگز نمی فهمیدید که آنها چه چیزی را اجرا می کنند." "شما هرگز نمی توانستید درک کنید که سمفونی چقدر زیبا است."
در اینجا ذوقی از آنچه زیست شناسان مولکولی با جاسوسی از این فرآیند کلیدی ، نانووسکوپی - به طور فزاینده ای به صورت بلادرنگ ، در سلول های زنده یاد می گیرند ، مطرح است.
گرچه دانشمندان از مدتها قبل دانسته اند که فاکتورهای رونویسی دیکته می کنند که آیا یک ژن روشن شود یا نه، این که چگونه این پروتئین ها برای یافتن محل های اتصال خود ، در فضای شلوغ مسخره در هسته هدایت می شوند ، اسرار آمیز بود.
در نظر بگیرید که وقتی رشته DNA در یک سلول انسانی باز شود طولی در حد یک یا دو متر خواهد داشت. لیو می گوید هسته قطری در حدود 5 تا 10 میکرومتر دارد ، بنابراین بسته بندی ژنوم ما شبیه است به پر کردن رشته ای که می تواند 10 بار در اطراف زمین بگردد در درون یک تخم مرغ. محققان تازه شروع به بررسی این مسئله کرده اند که چگونه این سیم پیچ و حلقه بر رونویسی ژن تأثیر دارد.
منبع: Alla Katsnelson By Casey Rentz
