مطالعه پیشگامانه پویایی “مجوز” همانندسازی DNA را نشان می دهد –

دانشمندانی که یافته های خود را در تحقیقات اسیدهای نوکلئیک، یک پلت فرم آزمایشی پیچیده برای مطالعه این فرآیند به نام “مجوز مبدا” ابداع کرد. سلول ها از این فرآیند برای تنظیم یا “مجوز” تکثیر ژنوم خود در طول تقسیم سلولی استفاده می کنند.

محققان برای اولین بار پویایی این فرآیند را آشکار کردند. آنها به طور خاص نشان دادند که چگونه این پویایی ها متفاوت است – و خطرات مختلفی برای آسیب DNA در طول همانندسازی ایجاد می کند – در دو حالت اساسی DNA ژنومی، حالت “euchromatin” که نسبتا شل و باز برای فعالیت ژن است، و “هتروکروماتین”. حالتی که برای خاموش کردن فعالیت ژن محکم تر می شود.

ژان کوک، نویسنده ارشد این مطالعه، دکترا، پروفسور بیوشیمی و بیوفیزیک در دانشکده پزشکی UNC گفت: یافته‌های ما ممکن است به توضیح این که مثلاً چرا بخش‌های خاصی از ژنوم نسبتاً در معرض آسیب DNA در طول تکثیر در برخی سلول‌های سرطانی هستند، کمک کند. و عضو مرکز جامع سرطان UNC Lineberger.

صدور مجوز مبدأ در مرحله مقدماتی و اولیه تکثیر سلولی که فاز G1 نامیده می شود، انجام می شود. این شامل مجموعه‌ای از آنزیم‌های ویژه است که به DNA در کروموزوم‌ها در مکان‌های مختلفی که قرار است کپی‌سازی DNA منشا می‌گیرد، متصل شوند. آنزیم ها اساساً مجوز کپی DNA را می دهند تا سلول ها بیش از یک بار ژنوم خود را کپی نکنند.

کوک و دانشمندان دیگر در مطالعات قبلی فرآیند اساسی صدور مجوز مبدأ را شرح داده‌اند و پروتئین‌هایی را شناسایی کرده‌اند که باعث وقوع آن می‌شوند. اما این مطالعه، برای اولین بار، با جزئیات نشان داد که چگونه این فرآیند در طول زمان در سلول‌ها در حالی که برای تقسیم سلولی آماده می‌شوند، آشکار می‌شود. نویسنده اول مطالعه، لیو می، دکترا، یک محقق فوق دکترا در آزمایشگاه کوک، تکنیک های تصویربرداری میکروسکوپی ثابت و تایم لپس را برای انجام این کار ترکیب کرد.

کوک گفت: «کاری که لیو انجام داد فوق‌العاده پر زحمت و دقیق بود، یک تور فنی.

به عنوان یک نمایش اولیه از پلت فرم آزمایشی خود، می روند صدور مجوز مبدا را با بارگیری آنزیم های مجوز دهنده در دو حالت اصلی ژنوم – یوکروماتین و هتروکروماتین مقایسه کرد. او یک تفاوت مهم پیدا کرد.

می گفت: اساساً هتروکروماتین – DNA فشرده تر – این آنزیم های مجوز دهنده را نسبتاً دیر بارگیری می کند.

این یافته حداقل نشان می دهد که در تقسیم سلولی با فاز G1 به طور غیر طبیعی کوتاه شده، DNA فشرده تر در ژنوم سلول ممکن است هرگز مجوز کامل برای تکثیر نداشته باشد و به طور بالقوه منجر به جهش های بزرگ در طول همانندسازی و حتی مرگ سلولی شود. با تأیید این احتمال، محققان دریافتند که وقتی فاز G1 را در سلول‌های آزمایشی کوتاه می‌کنند، در مقایسه با نواحی یوکروماتین، به طور قابل‌توجهی آسیب کمتری مانند تکثیر و DNA در مناطق هتروکروماتین ژنوم سلول‌ها وجود دارد.

سلول ها به دلایل مختلف از جمله سرطان می توانند فاز G1 کوتاه شده داشته باشند. بنابراین این مطالعه نشان می‌دهد که «ناپایداری ژنومی» یا تمایل به ایجاد جهش‌های بیشتر در برخی از انواع سرطان، و همچنین مکان‌های ژنومی آن بی‌ثباتی، ممکن است تا حدی با مجوز منشأ معیوب توضیح داده شود.

این مطالعه همچنین پلتفرم آزمایشی محققان را به عنوان ابزاری برای مطالعات بیشتر در مورد پویایی مجوز منشاء و بی‌ثباتی ژنومی ایجاد می‌کند، مطالعاتی که ممکن است روزی استراتژی‌های جدیدی را در برابر سرطان‌ها ارائه دهند.

بودجه توسط مؤسسه ملی بهداشت (R01GM102413, R01GM083024, R35GM141833, R01-GM138834) ارائه شده است.