بخشی از DNA یک ژن فعال در مغز انسان داخل یک ویروس پیدا شد

بخش‌هایی از DNA انسان توانایی آن را دارند که از خودشان نسخه‌برداری کرده و در نقاط دیگری از ژنوم قرار بگیرند. اکنون پژوهشگران متوجه شده‌اند نسخه‌هایی از یکی از ژن‌های فعال در سلول‌های مغزی انسان، به شکلی غیرمنتظره حتی از مرز گونه‌ای عبور کرده و در یک ویروس نیز دیده می‌شوند.

محققان دو توالی ژنتیکی مرتبط با ژن BC200 را در ویروس مولوسکوم کنتاژیوزوم پیدا کردند؛ ویروسی که پوست انسان را آلوده می‌کند و موجب ایجاد ضایعات کوچک و برجسته روی پوست می‌شود.

این یافته، وجهی غیرمعمول از تاریخ ژنتیکی BC200 را آشکار می‌کند. این ژن میلیون‌ها سال پیش در سلول‌ها نقشی پیدا کرده، اما هم‌زمان توانایی ایجاد نسخه‌هایی را حفظ کرده که می‌توانند در بخش‌های دیگری از ماده ژنتیکی جای بگیرند.

مطالعه‌ای که در نشریه ساینس منتشر شده، نشان می‌دهد این جابه‌جایی در طول تکامل نخستی‌ها ادامه داشته و احتمالاً در ایجاد تفاوت‌های ژنتیکی میان انسان‌ها نقش داشته است. همچنین به نظر می‌رسد برخی توالی‌های منشأگرفته از BC200 توانسته‌اند از مرز میان ژنوم انسان و یک ویروس عبور کنند.

با این حال، ویروس به سادگی یک ژن را از سلول مغز انسان برنداشته است و هیچ مدرکی وجود ندارد که نشان دهد این توالی‌ها عملکردی مشابه فعالیت‌های مغزی پیدا کرده‌اند. وظیفه دقیق این بخش‌های ژنتیکی درون ویروس همچنان مشخص نیست.

BC200 با بیشتر ژن‌ها تفاوت دارد، زیرا برخلاف ژن‌هایی که دستور ساخت پروتئین را در خود دارند، مستقیماً به تولید پروتئین منجر نمی‌شود. در عوض، یک مولکول کوتاه RNA تولید می‌کند که میزان آن به‌ویژه در نورون‌ها بالاست. آزمایش‌های آزمایشگاهی نشان داده‌اند این RNA احتمالاً در تنظیم تولید پروتئین نقش دارد، اما عملکرد دقیق فیزیولوژیک آن هنوز به‌طور کامل شناخته نشده است.

فعال بودن یک ژن در بافتی خاص به این معنا نیست که DNA مربوط به آن فقط در همان بافت وجود دارد. تقریباً تمام سلول‌های دارای هسته، اطلاعات ژنتیکی یکسانی در اختیار دارند؛ تفاوت اصلی به ژن‌هایی مربوط می‌شود که هر سلول فعال می‌کند و میزان فعالیت آنهاست.

بنابراین، اطلاق عنوان ژن مغزی به BC200 در واقع به فعالیت بالای آن در نورون‌ها اشاره دارد، نه به محدود بودن حضور DNA آن به مغز. ریشه BC200 به یک عنصر قابل‌انتقال ژنتیکی بازمی‌گردد؛ همان توالی‌های متحرک DNA که گاهی ژن‌های جهنده نامیده می‌شوند. برخی از این عناصر می‌توانند از خود نسخه‌هایی تولید کنند و نسخه جدید را در نقطه‌ای دیگر از ژنوم قرار دهند، در حالی که نسخه اصلی همچنان در جای خود باقی می‌ماند.

یکی از پیش‌سازهای BC200 حدود ۳۵ تا ۵۵ میلیون سال پیش در نیای مشترک میمون‌ها و کَپی‌ها تثبیت شد. حدود ۴۰ میلیون سال پیش نیز این عنصر برای ایفای یک نقش سلولی، ظاهراً در تنظیم تولید پروتئین در نورون‌ها، به کار گرفته شد.

پذیرفته شدن چنین عناصری برای انجام وظایف سلولی معمولاً با از دست رفتن توانایی جابه‌جایی همراه است، اما BC200 ظاهراً هر دو ویژگی را حفظ کرده است. سدریک فشوت از بخش زیست‌شناسی مولکولی و ژنتیک دانشگاه کرنل گفت

به نظر می‌رسد تکامل به نوعی نتوانسته این دو ویژگی را از یکدیگر جدا کند.

پژوهشگران با همکاری دانشمندانی از دانشگاه کپیتال نورمال چین و دانشگاه تگزاس در آرلینگتون، ژنوم‌های در دسترس ویروس‌های پاکس را بررسی کردند تا توالی‌هایی شبیه عناصر ژنتیکی متحرک را پیدا کنند.

در ویروس مولوسکوم کنتاژیوزوم، دو توالی منشأگرفته از BC200 بیش از همه توجه محققان را جلب کرد. یکی از آنها تمام بخش مشتق‌شده از Alu در ژن انسانی را در بر می‌گرفت؛ منطقه‌ای که از عنصر متحرک اجدادی به ارث رسیده است. توالی دوم کوتاه‌تر بود و در هر دو انتها بخش‌هایی را نداشت.

بنابراین، چیزی که در ویروس پیدا شده، قطعاتی منشأگرفته از BC200 است و نه یک نسخه کامل و دست‌نخورده از خود ژن. چندین نشانه نیز منشأ انسانی این توالی‌ها را تقویت کرد. BC200 در انسان و نخستی‌های نزدیک به انسان وجود دارد، در حالی که ویروس مولوسکوم کنتاژیوزوم در طبیعت تنها به‌عنوان عامل عفونت انسانی شناخته شده است.

پژوهشگران هیچ عنصر مشابهی را در سایر ژنوم‌های ویروس‌های پاکس مورد بررسی پیدا نکردند؛ حتی در ویروسی نزدیک به آن که اسب‌ها را آلوده می‌کند نیز چنین توالی‌هایی مشاهده نشد. نتایج بررسی ژنتیکی نشان داد دو رویداد انتقال جداگانه در کار بوده است، نه یک ورود اولیه به ژنوم ویروس که بعدها در داخل آن تکثیر شده باشد.

مکانیسم احتمالی این انتقال به LINE-1 مربوط می‌شود؛ یکی دیگر از عناصر ژنتیکی متحرک که قادر است ماشین‌آلات مولکولی لازم برای تبدیل RNA به DNA و وارد کردن آن به ژنوم را فراهم کند. BC200 تجهیزات لازم برای انتقال مستقل را در اختیار ندارد، بنابراین از سازوکار LINE-1 استفاده می‌کند و عملاً برای جابه‌جایی، تجهیزات عنصر ژنتیکی دیگری را به کار می‌گیرد.

نشانه‌های ژنتیکی موجود در اطراف محل ورود توالی ویروسی نیز از این توضیح پشتیبانی کردند. با این حال، پژوهشگران این انتقال تاریخی را بر اساس شواهد DNA بازسازی کرده‌اند و مستقیماً شاهد وقوع آن نبوده‌اند.

اگرچه RNA مربوط به BC200 در نورون‌ها فراوان است، مقدار اندکی از آن در پوست نیز تولید می‌شود. محققان افزایش بیان BC200 را در فیبروبلاست‌های انسانی کشت‌شده‌ای مشاهده کردند که به ویروس آلوده شده بودند.

این یافته احتمال می‌دهد عفونت ویروسی شرایط مناسبی برای چنین انتقالی ایجاد کرده باشد، اما هنوز مشخص نمی‌کند رویدادهای تاریخی انتقال دقیقاً در کجا رخ داده‌اند.

بررسی تفاوت‌های ژنتیکی میان انسان‌ها

تیم پژوهشی سپس داده‌های توالی‌یابی ژنتیکی ۹۰۸ نفر را بررسی کرد و هشت مورد از ورود توالی‌های مشتق از BC200 به ژنوم را شناسایی کرد که میان افراد مختلف تفاوت داشتند.

دو مورد از این هشت مورد در میان پنج گروه جمعیتی متعلق به پنج قاره گسترده بودند و همین موضوع نشان می‌دهد منشأ آنها احتمالاً به دوران بسیار دور بازمی‌گردد. یک مورد دیگر عمدتاً در افراد آفریقایی دیده شد. پنج مورد باقی‌مانده نادرتر بودند؛ یکی فقط در دو نفر مشاهده شد و هر یک از چهار مورد دیگر تنها در یک فرد وجود داشت.

این ورودهای نادر به ژنوم می‌توانند نشانه فعالیت نسبتاً جدید این عنصر باشند. با این حال، مشاهده یک توالی در تنها یک فرد به‌تنهایی ثابت نمی‌کند که آن توالی در طول زندگی همان شخص ایجاد شده است.

پژوهشگران در میان نخستی‌های انسان‌تبار نیز صدها مورد ورود اختصاصی به دودمان‌های مختلف را شناسایی کردند. این یافته، کشف توالی‌های BC200 در ویروس را در چارچوب میلیون‌ها سال جابه‌جایی مداوم عناصر ژنتیکی قرار می‌دهد.

هنوز مشخص نیست ویروس از داشتن این توالی‌های مشتق از BC200 سودی می‌برد یا خیر. محققان شواهدی پیدا کردند که نشان می‌دهد این توالی‌ها در ویروس به RNA رونویسی می‌شوند. چنین RNAای ممکن است در سلول‌های آلوده، تولید پروتئین را تحت تأثیر قرار دهد، اما اثبات این احتمال به آزمایش‌های بیشتری نیاز دارد.

این مطالعه نشان نمی‌دهد که ویروس در نتیجه دریافت این توالی‌ها خطرناک‌تر شده باشد. یافته اصلی آن است که پیدا کردن یک نقش سلولی جدید لزوماً به پایان توانایی یک عنصر ژنتیکی برای جابه‌جایی منجر نمی‌شود.

ترکیب دو ویژگی عملکرد سلولی و قابلیت حرکت در BC200 نشان می‌دهد مرز میان ژن‌های معمولی و DNAهای جهنده، انعطاف‌پذیرتر از چیزی است که پیش‌تر تصور می‌شد.

نتایج این پژوهش در نشریه ساینس منتشر شده است.

برای ارزیابی پایداری، امنیت و نگهداری این زیرساخت، راهنمای پشتیبانی شبکه را نیز مطالعه کنید.