โปรตีนลึกลับทำให้ DNA ของมนุษย์แปรสภาพ

โปรตีนลึกลับทำให้ DNA ของมนุษย์แปรสภาพ

มิถุนายน 4, 2021 Off By Isaline S.

นิวเคลียสของเซลล์ยุงและมนุษย์มีรูปร่างเป็นของตัวเอง และนักวิจัยสามารถหล่อหลอมนิวเคลียสให้มีลักษณะเหมือนกันได้ มี โปรตีนลึกลับทำให้ DNA ของมนุษย์แปรสภาพเป็นรูปร่างที่แตกต่างกันได้ ความแตกต่างระหว่าง DNA ของมนุษย์และ DNA ของยุงไม่ได้จำกัดอยู่แค่การจัดเรียงตัวอักษรในรหัสพันธุกรรม ร่างการของมนุษย์นัน้มีความซับซ้อน อาจจะทำให้อาการปวดเมื่อยกล้ามเนื้อหายไป

โปรตีนลึกลับทำให้ DNA ของมนุษย์แปรสภาพ

หากคุณผ่าเซลล์มนุษย์และเซลล์ยุงออก แล้วมองเข้าไปในนิวเคลียสของแต่ละเซลล์ คุณจะเห็นว่าโครโมโซมของพวกมันถูกพับด้วยการพับกระดาษตามพันธุกรรมที่แตกต่างกันอย่างมาก ตอนนี้ นักวิจัยได้ค้นพบวิธีการพับ DNA ประเภทหนึ่งให้เป็นรูปร่างของ DNA อื่น โดยพื้นฐานแล้วทำให้ขดลวด DNA ของมนุษย์เหมือนยุง

“ ในนิวเคลียสของมนุษย์ โครโมโซมถูกมัดรวมกันเป็นแพ็คเกจที่เป็นระเบียบ ” แคลร์ เฮอนแคมป์ ผู้สมัครระดับปริญญาเอกด้านชีววิทยามะเร็งที่มหาวิทยาลัยอัมสเตอร์ดัม กล่าวกับ WordsSideKick.com ในแฮงเอาท์วิดีโอขณะที่เธอขยำกระดาษแผ่นหนึ่ง “ แต่ในนิวเคลียสของยุง โครโมโซมพับอยู่ตรงกลาง ” ขณะพูด เธอพับกระดาษหลายแผ่นครึ่งหนึ่งแล้วจัดเรียงเหมือนหนังสือบนหิ้ง โดยให้หน้าหันออกด้านนอก

ภาพถ่ายของโครงสร้างดีเอ็นเอ

human genome
Human Genome
G-quadruplex
G-quadruplex

X-ray crystal
X-ray crystal

Hoencamp กำลังศึกษา condensin II ซึ่งเป็นโปรตีนที่เกี่ยวข้องกับการแบ่งเซลล์ ในการทดลองหนึ่ง เธอทำลายโปรตีนนี้ในเซลล์ของมนุษย์ เพื่อสังเกตผลกระทบต่อวัฏจักรของเซลล์ โครโมโซมของเซลล์ที่เป็นผลลัพธ์ก็เหมือนกับว่า ด้วยการออกแบบท่าเต้นที่ซับซ้อน แต่มันไม่ได้กลับคืนเหมือน DNA ในนิวเคลียสของมนุษย์ กลับกลายเป็นความประทับใจที่ดีที่สุดต่ออวัยวะภายในของนิวเคลียสของยุง

ในขณะเดียวกัน Olga Dudchenko นักวิจัยดุษฎีบัณฑิตที่ศูนย์สถาปัตยกรรมจีโนม ที่มหาวิทยาลัยเบย์เลอร์ในเท็กซัสกำลังจำแนกจีโนมตามโครงสร้าง 3 มิติที่โครโมโซมของพวกมัน ในฐานะผู้อำนวยการร่วมของโครงการหลายสถาบันที่เรียกว่า DNA Zoo เธอได้เห็นรูปแบบที่แตกต่างออกไป

“ โดยพื้นฐานแล้ว เราสามารถจำแนกสิ่งต่าง ๆ ออกเป็นสองสถาปัตยกรรมพื้นฐาน ” เธอกล่าว โดยอ้างอิงถึงลักษณะที่ขดแน่นและแบ่งเป็นส่วน ๆ ของจีโนมมนุษย์ เทียบกับการจัดเรียงของจีโนมยุงที่หลวม ไม่ว่าเธอจะตรวจกี่สปีชีส์โครโมโซมก็มีการเปลี่ยนแปลงรูปร่างพื้นฐานสองแบบ

งานวิจัยของเธอชวนสับสนว่าสายเลือดบางสายจะใช้รูปร่างเดียว และพัฒนาเป็นรูปร่างที่สอง จากนั้นในหลายกรณีก็วิวัฒนาการกลับ อย่างไรก็ตาม เธอไม่รู้ว่าแรงผลักดันใด หากมีเป็นตัวขับเคลื่อนการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ 

เมื่อนำเสนองานวิจัยในการประชุมที่ออสเตรีย ทั้งสองทีมตระหนักว่าพวกเขากำลังเผชิญกับปัญหาเดียวกันจากมุมที่ต่างกัน โดยพื้นฐานแล้ว Hoencamp ได้พบโปรตีนที่พับโครโมโซม และ Dudchenko พบว่าการทดลองของ Hoencamp เกิดขึ้นตามธรรมชาติในช่วงเวลาวิวัฒนาการ

หลังจากที่พวกเขาตัดสินใจที่จะทำงานร่วมกัน โควิด-19 ก็เกิดขึ้น เมื่อการเข้าถึงห้องปฏิบัติการถูกตัดขาด ผู้ทำงานร่วมกันจึงหันไปใช้การจำลองด้วยคอมพิวเตอร์เพื่อให้เข้าใจถึงบทบาทของคอนเดนซิน II ในองค์กรนิวเคลียร์ได้ดียิ่งขึ้น ด้วยความช่วยเหลือจากห้องปฏิบัติการที่มหาวิทยาลัยไรซ์ในฮูสตัน พวกเขาได้จำลองผลกระทบของคอนเดนซิน II ต่อตัวอักษรหลายล้านถึงหลายพันล้านตัวในจีโนม ซึ่งเป็นการยืนยันสิ่งที่ Hoencamp พบในการทดลองครั้งก่อน

ในการวิเคราะห์ทางพันธุกรรมที่อธิบายไว้ในวันที่ 28 พฤษภาคมในวารสาร Science นักวิจัยได้ศึกษา 24 สปีชีส์และพบว่าสปีชีส์ที่มีการจัดเรียงโครโมโซมที่หลวมมีสิ่งหนึ่งที่เหมือนกัน นั่นคือ ยีนคอนเดนซิน II ที่แตกหัก การวิจัยในอนาคตจะมีจุดมุ่งหมายเพื่อกำหนดข้อได้เปรียบเชิงวิวัฒนาการ หากมีโครงสร้างนิวเคลียสหนึ่งอาจมีเหนืออีกโครงสร้างหนึ่ง

เมื่อนักวิจัยตรวจสอบการแสดงออกของยีน พวกเขาพบว่าโครงสร้างพับของโครโมโซมส่งผลต่อการแสดงออกของยีนเพียงเล็กน้อยเท่านั้น หรือโปรตีนแต่ละชนิดถูกสร้างขึ้นโดยยีนที่แตกต่างกันมากน้อยเพียงใด การค้นพบนั้นทำให้ Hoencamp ประหลาดใจ 

เมื่อพิจารณาว่าการพับของยีนส่งผลต่อการแสดงออกของยีนน้อยเพียงใด ก็ยังไม่ชัดเจนว่าทำไมสปีชีส์จะพับดีเอ็นเอของมันไม่ทางใดก็ทางหนึ่ง  อย่างไรก็ตาม เนื่องจากวิธีการพับทั้งสองแบบพบได้ในแผนผังวิวัฒนาการ ผลกระทบที่ละเอียดอ่อนของแต่ละวิธีอาจมีนัยสำคัญอย่างมาก Dudchenko กล่าวว่า “ ความแปรปรวนในโครงสร้าง 3 มิติดูเหมือนจะเกี่ยวกับการปรับแต่ง ” ฟังก์ชันบางอย่างภายในสิ่งมีชีวิต อย่างไรก็ตาม สิ่งที่ถูกปรับแต่งยังคงเป็นปริศนา

นี่เป็นบทความวิจัยที่จะแสดงให้เห็นถึงโปรตีนลึกลับทำให้ DNA ของมนุษย์แปรสภาพ เป็นรูปร่างที่แตกต่างกันได้ ถึงงานวิจัยยังไม่ได้บทสรุปอย่างชัดเจนก็ทำให้รู้ว่ามีงานวิจัยที่น่าสนใจ แต่ถ้าคุณสนใจเรื่องเกี่ยวกับสุขภาพคือ รู้จักอาการจุกลิ้นปี่ สัญญาณอันตรายที่ไม่ควรมองข้าม