یک نقشه گنج برای درک علل اپی ژنتیک بیماری

به گزارش مجله کامپیوتر، محققان منطقه ها خاصی از ژنوم را شناسایی نموده 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 نمایند.

تصویر DNA (تصویر آرشیوی)

اعتبار: © Leigh Prather / Adobe Stock

گزارش کامل

بیش از 15 سال پس از آن که دانشمندان ابتدا ژنوم انسان را بر روی نقشه گذاشتند، بیشتر بیماری ها هنوز بر اساس ژن هایشان قابل پیش بینی نیستند، و این امر، محققان را راهنمایی می نماید 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 بچه ها USDA / ARS در کالج پزشکی Baylor و بیمارستان بچه ها تگزاس، یک بخش منحصر به فرد از ژنوم را که دانشمندان باید روی آن تمرکز نمایند، تعیین نموده اند. گزارش آنها، که یک نقشه گنج برای تسریع در تحقیقات در زمینه اپی ژنتیک و بیماری انسان فراهم می نماید، 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 نمایند. 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 منطقه ها خاصی از ژنوم را شناسایی نموده 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 نمایند.

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 فرق دارد، 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 دهنده لایه ای مختلف از جنین اولیه هستند، ما اساسا در حال بازگشت زمانی به حوادثی هستیم که در خلال رشد اولیه جنین رخ داده 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 میزان زیادی از اطلاعات توالی احتیاج 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 نموده 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 منطقه ها 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 نمایند.

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 نکردنی ای برای ما برای درک فرآیندهای بیماری از یک دیدگاه اپی ژنتیک وجود دارد. CoRSIV ها راه ورود به آن هستند.

تفاوت های بین نورون های مغز که با شرایط روانپزشکی همخوانی دارد

دانشمندان در حدود 13000 منطقه از تفاوت های اپی ژنتیکی بین نورون ها در منطقه ها مختلف مغز را پیدا نموده اند که تا حداقل 10 درصد متفاوت هستند. محل آن تغییرات اپی ژنتیکی - که پوشش دهنده در حدود 12 میلیون پایه در ژنوم است - هم مکان می گردد 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، جوهره 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 گردد.

فرایند ای که اپی ژنتیک نامیده می گردد 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 شده پروتئینی آن قابل دسترس می گردد. بیشتر بیماری ها هنوز بر اساس ژن هایشان قابل پیش بینی نیستند، و این امر، محققان را راهنمایی می نماید برای کشف علل اپی ژنتیکی بیماری. هنگامی که تغییرات اپی ژنتیک در زمان و مکان اشتباه رخ می دهد، فرآیند، ژن ها را هم در زمان و مکان اشتباه روشن و خاموش می نماید.

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 تعیین غنی می شوند.

دانشمندان مدتهاست متذکر شده اند که اپی ژنتیک نقش مهمی در شرایط روانپزشکی، سایر بیماری های عصبی مانند آلزایمر و یک فهرست 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 آنالیز بیشتر تنوع اپی ژنتیک در مکان های ژنی تعیین شده به وسیله تیم جان هاپکینز ارائه می دهد.

منبع: کالج پزشکی بیلور ، و پزشکی جان هاپکینز