دانشمندان به نقش پروتئین در بیان ژن حیاتی اشاره می کنند —

این تحقیق، منتشر شده در ژن ها و توسعه، پیامدهایی برای تحقیقات سرطان دارد زیرا بخشی از پارادوکس را توضیح می دهد که چگونه سلول ها می توانند ژن ها را در غیاب منابع پر انرژی رونویسی کنند، وضعیتی که در سرطان آشکار می شود و محققان را برای سال ها متحیر کرده است.

در مورد زمانی که سلول ها دارای مقادیر زیادی انرژی هستند، موجودات مولکول هایی با انرژی بالا می سازند که باعث رشد و تقسیم سلولی می شود. در واقع یکی از ویژگی های سلول های سرطانی دسترسی به مقادیر بالای قند برای تغذیه رشد سرطان است. در مقابل، هنگامی که سلول‌ها از منابع انرژی «ترجیح» به پایان می‌رسند، به راه‌های دیگر (یا سیستم‌های متابولیک) برای ایجاد انرژی برای زنده ماندن روی می‌آورند. همانطور که در رژیم غذایی وجود دارد، سلول ها در زمان روزه داری چربی ها را تجزیه می کنند. سلول ها به خوبی برای مقابله با تغییر محیط های مواد مغذی مجهز هستند.

استرال، نویسنده ارشد این مقاله و محقق الیور اسمیتیز، گفت: «اما اینکه چگونه سلول‌ها با این تغییرات سازگار می‌شوند و برنامه‌های بیان ژن تخصصی خود را برای مدیریت مشاغل جدید ایجاد شده توسط سلول تحت شار مواد مغذی آغاز می‌کنند، یکی از معماهای بزرگ در این زمینه است. در UNC-Chapel Hill. برای بررسی چگونگی انجام این کار سلول‌ها، آزمایشگاه Strahl از یک سیستم آزمایشگاهی تخصصی استفاده کرد که به آن‌ها اجازه می‌داد یک مخمر طبیعی را در محفظه‌ای رشد دهند که می‌توانستند منابع انرژی موجود را دقیقاً کنترل کنند. با انجام این کار، آنها توانستند مخمرها را مجبور به عبور از امواج جشن و قحطی کنند که به راحتی می توانستند مطالعه کنند. امواج جشن و قحطی منجر به امواج تغییرات متابولیک می شود که به محققان اجازه می دهد تا جزئیات آنچه را که در سطح ژن اتفاق افتاده بررسی کنند.

همه سلول‌ها اطلاعات ژنتیکی یا چاپ آبی زندگی یکسانی دارند، اما از این اطلاعات برای ایجاد عملکردهای تخصصی – به عنوان مثال، ایجاد انواع یا بافت‌های مختلف سلولی – و حتی مدیریت تغییرات در محیط، مانند شار انرژی، به‌طور متفاوتی استفاده می‌کنند. . دهه‌ها تحقیق نشان داده است که روشی که ژن‌های مختلف را می‌توان در طرح ژنومی فعال کرد، از طریق افزودن‌های شیمیایی کوچک (یا برچسب‌های مولکولی) به پروتئین‌هایی به نام هیستون‌ها است که DNA ما را می‌پیچاند. سیگنال‌ها یا برچسب‌های شیمیایی به فشار دادن DNA به سمت «باز شدن» و روشن کردن یا «بستن» یک ژن و خاموش کردن ژن کمک می‌کنند. با این حال، اینکه چگونه تغییرات در مواد مغذی در دسترس می‌توانند با ژنوم “صحبت” کنند تا تغییر در بیان ژن را راهنمایی کنند، به خوبی درک نشده بود.

جیبو ژانگ، دانشجوی فارغ التحصیل آزمایشگاه Strahl، با استفاده از مخمر به عنوان یک مدل، آزمایش‌هایی را رهبری کرد که نشان داد در زمان‌های انرژی بالا، یک محصول جانبی از متابولیسم به بالا بردن سطح یک برچسب مولکولی روی هیستون‌ها کمک می‌کند. این فرآیند استیلاسیون نامیده می شود. با انجام این کار، محققان دریافتند که یک دامنه جدید شناسایی شده در پروتئینی که بیان ژنی به نام Yaf9 را تنظیم می‌کند، می‌تواند این برچسب را متصل کرده و بسیاری از ماشین‌آلات برای ایجاد بیان ژن را به همراه داشته باشد. با این حال، در زمان روزه گرفتن، وضعیت بسیار متفاوت شد. برچسب انرژی بالا روی هیستون ها برداشته شد تا انرژی حیاتی مورد نیاز سلول ها ایجاد شود.

اما ژانگ همچنین دریافت که استخدام Yaf9 نیز از بین رفته است. اگرچه معمولاً تصور می‌شود که این از دست دادن ژن‌ها را خاموش می‌کند، ژانگ دریافت که این زمان‌ها در واقع سرشار از آنزیم‌هایی هستند که بیان ژن را تحریک می‌کنند. بنابراین، سلول‌ها راهی برای ایجاد بیان ژن در شرایط کم مواد مغذی برای رفع نیاز به بیان ژن بدون نیاز به برچسب هیستون با انرژی بالا پیدا کردند.

این نشان می‌دهد که سلول‌ها راهی برای اطمینان از کارآمد بودن بیان ژن در همه زمان‌ها ایجاد کرده‌اند.

ژانگ، نویسنده اول گفت: “ما فکر می کنیم تفاوت های منحصر به فرد در انواع برچسب های موجود بین دو حالت مغذی (بالا در مقابل کم) ممکن است در واقع نوع خاصی از سیگنال باشد که مطمئن می شود برنامه های بیان ژن همچنان در هر دو زمان کارآمد هستند.” از کاغذ

این کار پیامدهای مهمی برای زیست شناسی و بیماری های طبیعی انسان مانند سرطان دارد. به خوبی شناخته شده است که سلول های سرطانی برای حفظ رشد و تقسیم خود به قندهای با انرژی بالا نیاز دارند. بیشتر رشد سرطان متابولیک است.

کار آزمایشگاه Strahl بینش جدیدی در مورد روند چگونگی بیان ژن در شرایط انرژی بالا ارائه می دهد که ممکن است اهداف درمانی جدید و راه هایی را برای مداخله برای ایجاد اختلال در رشد سرطان باز کند.

یکی از نویسندگان مقاله Genes & Development Aakanksha Gundu، یک دانشجوی کارشناسی در UNC-Chapel Hill است. برایان استرال عضو مرکز جامع سرطان UNC Lineberger است.