شناسایی ساختار جدیدی برای دی ان ای (DNA)

شناسایی ساختار جدیدی برای دی ان ای (DNA). واتسون و کریک توانستند با بهره‌گیری از نتایج مطالعات روزالیند فرانکلین در سال ۱۹۵۳، مدل مارپیچ دوگانه را برای ساختار DNA پیشنهاد دهند؛ یافته‌ای که طی دهه‌ها بعد به شکل‌گیری زیست‌شناسی مولکولی که امروزه با آن سر و کار داریم منجر شد. در حقیقت، فهم ساختار مارپیچ دوگانه بود که به علم آن زمان اجازه داد بیشتر از رمز و راز ماده ژنتیک سر در بیاورد.

با این وجود، مارپیچ دوگانه تنها ساختاری نیست که DNA در قالب آن درون هسته بنشیند. دانشمندان برای اولین بار موفق به شناسایی ساختار جدیدی برای DNA شده‌اند که اتفاقاً در سلول‌های بدن خود ما نیز به وفور یافت می‌شود. این ساختار جدید بیشتر شبیه به نوعی گره چهار رشته‌ای بوده و شباهت چندانی به مارپیچ دوگانه‌ای که در دبیرستان یاد گرفته بودیم ندارد.

این ساختار جدید و هیجان‌انگیز که روز دوشنبه (همین دیروز) در قالب مقاله‌ای در ژورنال Nature Chemistry شرح داده شده، دانش ما از نحوۀ بیان DNA را دگرگون خواهد ساخت.

تعدادی از مطالعات پیشین به وجود چنین ساختار در هم تنیده‌ای برای DNA اشاره کرده و آن را i-motif نامیده بودند. ولی قلمرو i-motif تاکنون از مرز لولۀ آزمایشگاهی فراتر نرفته بود. تا این که پژوهشگران انستیتو تحقیقات پزشکی گارون (Garvan Institute of Medical Research) در استرالیا تأیید کردند که چنین ساختاری نه تنها در سلول‌های زندۀ بدن انسان دیده می‌شود، بلکه از فراوانی قابل توجهی هم برخوردار است.

حضور این ساختار شبه مارپیچ چهارگانه (بالأخره باید اسمی برایش انتخاب کنیم) در سلول‌های زنده حاکی از این مطلب است که i-motif نقشی محوری در بیولوژی سلول ایفا می‌کند. از قبل می‌دانیم که بازهای نیتروژن‌دار آدنین (A)، تیمین (T)، سیتوزین (C) و گوانین (G) شالودۀ مارپیچ دوگانه را تشکیل می‌دهند. در این ساختار، بازها با یک‌دیگر جفت شده و در خارج با پیوند کوالان به دو ستون از جنس قند و فسفات اتصال پیدا می‌کنند. بازهای جفت شده در مرکز و دو ستون خارجی در ادامه به دور یک محور عمودی چرخیده و ساختمانی شبیه به یک نردبان پیچ‌خورده حاصل می‌شود. این ساختار حرف اول را در سنتز پروتئین می‌زند.

ساختار گره پیچ‌خورده یا i-motif تنها در بخش کوچکی از ژنوم دیده می‌شود. بهترین توصیفی که برای این ساختار می‌توان ارائه داد، نوعی گشاد شدگی یا اتساع در ساختار مارپیچ دوگانه می‌باشد که گرهی روی یکی از ستون‌های شکل گرفته است. برخلاف الگوی جفت شدن باز که در پیکره اصلی DNA می‌بینیم، در این گره پیچ‌خورده، دو باز C با یک‌دیگر جفت می‌شوند (می‌دانیم که در حالت عادی C با G جفت می‌شود).

مارپیچ چهارگانه

این پدیده اولین بار در دهۀ ۱۹۹۰ در آزمایشگاه مشاهده شد، ولی تا سال‌ها پس از آن تصور بر این بود که چنین ساختاری فقط در شرایط اسیدی حاکم بر محیط کشت موجودیت پیدا می‌کند و شکل‌گیری آن در داخل سلول زنده ممکن نیست. مطالعات بیشتر در این زمینه نشان داده است که i-motif در محیط‌های دیگر نیز می‌تواند حضور داشته باشد. محققین انستیتو گارون طی اقدامی آینده‌نگرانه، نوعی آنتی‌بادی طراحی نمودند که قادر است به i-motif‌های موجود در مولکول DNA پیوسته و شناسایی آن‌ها را امکان‌پذیر سازد. این آنتی‌بادی‌ها با نوعی رنگ فلورسنت نشان‌دار می‌شوند و از همین رو، آشکارسازی‌شان به راحتی صورت می‌گیرد. این اقدام هوشمندانه به محققین اجازه داد که فراوانی ساختار i-motif در DNA را ارزیابی نمایند. آن‌ها دریافتند که این ساختار گره‌مانند، بسته به میزان اسیدی بودن محیط، می‌تواند پیچ خورده و یا باز شود. آن‌ها هم‌چنین مشاهده نمودند که i-motif بیشتر در بخش‌هایی از مولکول DNA مشاهده می‌شود که در تعیین بیان و یا عدم بیان ژن مجاور دخیل است. این یافته بدین معنی است که i-motif در تنظیم بیان ژن دخالت دارد.

ولی در مقابل، ممکن است این ساختار جدید این‌قدرها هم که ما هیجان‌زده شده‌ایم، مهیج نباشد!

پیش از این در آزمایشگاه، شماری از ساختارهایی که فرم مارپیچ دوگانه رو به خود نمی‌گیرند شناسایی شده است، که A-DNA، Z-DNA و DNA صلیبی‌شکل (Cruciform DNA) از نمونه‌های مطرح‌اند. این ساختارها هم می‌توانند در داخل سلول زنده مشاهده شوند، ولی در این باره مطمئن نیستیم. در سال ۲۰۱۳، یک ساختار دیگر (با نامی باکلاس‌تر!) که G-quadruplex DNA خوانده می‌شود در داخل سلول زنده انسان مشاهده گردید، ولی اطلاعی از نقش احتمالی آن در دست نیست.

آن‌چه که مطمئنیم این است که یافتۀ فوق با قطعیت ثابت می‌کند که DNA آن مولکول دو رشته‌ای ساده نیست که در کتاب‌های درسی خوانده‌ایم.

دکتر مجازی به نقل از Gizmodo

مطالب مرتبط




دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.