تأثیر شگفت‌انگیز کروموزوم‌های جنسی بر بیان ژن کل بدن
تأثیر شگفت‌انگیز کروموزوم‌های جنسی بر بیان ژن کل بدن -کروموزوم‌های جنسی انسان از یک جفت اتوزوم، کروموزوم‌های معمولی یا غیرجنسی که اکثر ژنوم ما را شامل می‌شوند و در جفت‌های یکسان هستند، منشأ می‌گیرند.
یک مطالعه پیشگامانه نشان می دهد که کروموزوم های جنسی، به ویژه از طریق ژن های ZFX و ZFY، نقش مهمی در تنظیم بیان ژن در سراسر بدن انسان ایفا می کنند و دیدگاه های سنتی در مورد عملکرد آنها را به چالش می کشند.
آن جفت اجدادی اتوزوم‌ها از هم جدا شدند و به دو کروموزوم متفاوت X و Y تبدیل شدند.
حتی اگر X و Y از یکدیگر جدا شده‌اند و عملکردهای منحصربه‌فردی را به عهده گرفته‌اند – یعنی تعیین جنسیت و ایجاد تفاوت‌های جنسی در مردان و زنان – آنها نیز مشترک هستند.
عملکردهایی که از جد مشترکشان به ارث رسیده اند.
تحقیقات پیشگامانه در مورد تنظیم ژن
تحقیقات جدید دیوید پیج، عضو موسسه وایتهد، که همچنین استاد زیست‌شناسی در موسسه فناوری ماساچوست و محقق پزشکی هاوارد هیوز است، و دکترای فوق‌دکتری در آزمایشگاهش آدریانا سان رومن، نقش مشترک کروموزوم‌های جنسی را به عنوان تنظیم‌کننده‌های ژنی تاثیرگذار روشن می‌کند.
. این تحقیق که در ژورنال Cell Genomics در 13 دسامبر منتشر شد، نشان می‌دهد که ژن‌های بیان‌شده از کروموزوم‌های X و Y بر سلول‌های سراسر بدن – نه فقط در سیستم تولید مثل – با بالا یا پایین کردن بیان هزاران ژن موجود در سایر ژن‌ها تأثیر می‌گذارند. کروموزوم ها
تأثیر شگفت‌انگیز کروموزوم‌های جنسی بر بیان ژن کل بدن
کاریوتیپ از مجموعه کامل کروموزوم های انسانی. اعتبار: موسسه ملی تحقیقات ژنوم انسانی
ZFX و ZFY: تنظیم کننده های کلیدی ژن
علاوه بر این، محققان دریافتند که جفت ژن مسئول حدود نیمی از این رفتار تنظیمی، ZFX و ZFY که به ترتیب بر روی کروموزوم X و Y یافت می شوند، اساساً اثرات تنظیمی مشابهی با یکدیگر دارند.
این نشان می‌دهد که ZFX و ZFY نقش خود را به‌عنوان تنظیم‌کننده‌های ژنی تأثیرگذار از جد مشترک خود به ارث برده‌اند و به‌طور مستقل آن را حفظ کرده‌اند، حتی زمانی که کروموزوم‌های مربوطه‌شان از هم جدا شده‌اند، زیرا این نقش تنظیم‌کننده برای رشد و توسعه انسان حیاتی است.
ژن‌های تنظیم‌شده توسط ZFX و ZFY در انواع فرآیندهای بیولوژیکی مهم نقش دارند و نشان می‌دهند که کروموزوم‌های جنسی به طور گسترده‌ای در عملکردهایی فراتر از ویژگی‌های جنسی نقش دارند.
تاثیر کروموزوم های جنسی بر بیان ژن جهانی
پیج و سان رومن چگونگی تأثیر کروموزوم‌های X و Y بر بیان ژن جهانی را با ترسیم نمودار چگونگی تغییر بیان هر ژن در سلول‌ها بسته به تعداد کروموزوم‌های X یا Y اندازه‌گیری کردند.
برای این کار، آنها از نمونه‌های بافتی از افرادی استفاده کردند که به طور طبیعی تعداد کروموزوم‌های جنسیشان متفاوت است: افرادی که با یک تا چهار کروموزوم X و صفر تا چهار کروموزوم Y متولد شده‌اند.
این تغییرات کروموزوم جنسی در سراسر جمعیت انسانی یافت می‌شود و منجر به انواع اختلالات سلامتی می‌شود، اما – بر خلاف تکرار کروموزوم‌های دیگر – با زندگی سازگار است.
ما با استفاده از تنوع طبیعی ترکیب کروموزوم‌های جنسی در جمعیت انسانی، توانستیم به‌صورت ریاضی مدل‌سازی کنیم که چگونه تعداد کروموزوم‌های X و Y بر بیان ژن‌ها تأثیر می‌گذارد، به‌گونه‌ای که قبلاً هرگز انجام نشده بود.
با اتخاذ این رویکرد، ما بینش جدیدی در مورد تأثیر عظیمی که ژن های X و Y به طور گسترده در سراسر ژنوم دارند به دست آوردیم. سن رومن می گوید.
برای این پروژه، محققان به دو نوع سلولی که برای سهولت در جمع‌آوری نمونه انتخاب کردند – سلول‌های لنفوبلاستوئید، نوعی سلول ایمنی، و فیبروبلاست‌های مشتق از سلول‌های پوست که به شکل‌گیری بافت‌های همبند ما کمک می‌کنند- را بررسی کردند و چگونگی تغییر بیان ژن را اندازه‌گیری کردند. در هر نوع سلول با هر X یا Y اضافی.
آنها دریافتند که هزاران ژن در پاسخ به تغییرات در تعداد کروموزوم های X و/یا Y، سطح بیان خود را تغییر دادند.
اثرات به صورت خطی مقیاس شدند، به این معنی که هر کروموزوم X یا Y اضافی بیان ژن را به همان میزان تغییر داد.
کدام ژن‌ها و به چه میزان، برای هر یک از انواع سلول‌ها متفاوت بودند، که نشان می‌دهد هر نوع سلول در بدن ممکن است پاسخ منحصر به فردی به تنظیم ژن توسط ژن‌های کروموزوم X و Y داشته باشد.
با اتخاذ این رویکرد، ما بینش جدیدی در مورد تأثیر عظیمی که ژن های X و Y به طور گسترده در سراسر ژنوم دارند به دست آوردیم.
رونمایی از شباهت ها و تفاوت های شگفت انگیز در تنظیم ژن
با این حال، برای یک ژن معین در یک نوع سلول خاص، اثر یک X اضافی مشابه اثر یک Y اضافی بود.
این یک یافته شگفت‌انگیز برای محققان بود، که انتظار داشتند تفاوت‌هایی در نحوه ژن‌های X و X وجود داشته باشد.
تنظیم Y ژن های دیگر ممکن است به توضیح برخی از تفاوت های جنسی که در سلامت و بیماری دیده می شود کمک کند.
برای مثال، زنان و مردان خطرات متفاوتی برای ابتلا به بیماری‌های خاص، علائم متفاوتی در هنگام ابتلا به یک بیماری مشابه، و واکنش‌های متفاوت به داروهای خاص دارند.
تفاوت‌های زیادی بین سلول‌های نر و ماده وجود دارد که هنوز توضیح داده نشده است، و تنظیم‌کننده‌های ژن در X و Y که بیان ژن را در سراسر بدن تغییر می‌دهند، به نظر می‌رسد که نامزدهای امیدوارکننده‌ای در ایجاد این تفاوت‌ها نقش داشته باشند.
در عوض، پیج و سان رومن جفت ژن ZFX و ZFY را به عنوان مسئول حدود نیمی از تأثیر X و Y بر بیان گسترده ژن محدود کردند و به نظر می‌رسد این جفت از نظر عملکردی معادل هستند – اگرچه ZFX گاهی اوقات تأثیر نسبتاً قوی‌تری داشت.
سایر ژن‌های X و Y نیز احتمالاً تنظیم‌کننده‌های ژنی گسترده‌ای هستند که نیمی دیگر از تأثیر را تشکیل می‌دهند.
این تنظیم‌کننده‌های ژنی دیگر، مانند ZFX و ZFY ، ممکن است جفت‌های XY باشند که اساساً نقش‌های معادل ایفا می‌کنند.
از این گذشته، تنظیم ژن عملکرد مهمی است و نقش‌های تنظیمی که X و Y از جد مشترک خود به ارث برده‌اند، ممکن است نیاز به انجام دقیقاً به همان شیوه برای زنده ماندن جنین داشته باشند، صرف نظر از اینکه X و Y چگونه از هم جدا می‌شوند.
با این حال، محققان گمان می‌کنند که برخی از ژن‌های X و Y باید بیان ژن را به روش‌های مختلف یا به درجات مختلف تغییر دهند تا تفاوت‌های جنسی زیادی را که در سلول‌های نر و ماده مشاهده می‌شود توضیح دهند.
چالش این است که، از آنجایی که قوی‌ترین اثر X و Y بر بیان گسترده ژن مشترک است، برای محققان سخت‌تر خواهد بود که روش‌هایی را که در آن دو کروموزوم بر بیان ژن تأثیر می‌گذارند، کشف کنند.
سان رومن می‌گوید: «تأثیرات روی ژنوم که ممکن است تفاوت‌های جنسی را توضیح دهد، ظریف‌تر از آن چیزی است که قبلاً پیش‌بینی کرده بودیم».
“یک نکته جالب برای مطالعه آینده این است که اگرچه ما دیدیم که X و Y اثرات همبستگی بالایی بر بیان ژن دارند، اثرات بزرگتری را با X در مقایسه با تعداد کپی Y مشاهده کردیم و این ممکن است به تفاوت‌های جنسی کمک کند.”
بازاندیشی کروموزوم های جنسی: غیر فعال در مقابل X فعال
نکته ظریفی که تاکنون مورد بحث قرار نگرفته این است که وقتی پیج و سان رومن به کروموزوم‌های جنسی فکر می‌کنند، دیگر آنطور که اکثر مردم به آن فکر می‌کنند به X فکر نمی‌کنند.
کار آنها آنها را متقاعد کرده است که درک فعلی ما از کروموزوم های جنسی نادقیق است.
اگرچه کروموزوم های جنسی انسان به عنوان X و Y تعریف می شوند، در واقع دو نوع کروموزوم X وجود دارد که تنها یکی از آنها بین مردان و زنان معمولی متفاوت است.
هر انسانی در جهان دارای یک کروموزوم X فعال است.
این کروموزوم، مانند یک اتوزوم، به طور جهانی وجود دارد و بنابراین حضور آن هیچ ارتباطی بر جنسیت ندارد.
آنچه بین مردان و زنان معمولی تفاوت دارد کروموزوم است که با X فعال جفت می شود: مردان معمولی دارای کروموزوم Y و زنان معمولی دارای کروموزوم X غیرفعال هستند که از نظر ژنتیکی با X فعال یکسان است اما اکثر ژن های آن تبدیل شده است.
خاموش در افرادی که دارای ترکیبات غیر معمول کروموزوم های جنسی هستند، هر کروموزوم X اضافی همیشه کروموزوم X غیرفعال خواهد بود – بنابراین وقتی محققان اثر افزودن کروموزوم های X بیشتر را اندازه گیری کردند، در واقع اثر افزودن کروموزوم های X غیرفعال بیشتری را اندازه گیری کردند.
X و Y غیرفعال، به جای X و Y، دقیقاً کروموزوم های جنسی هستند که محققان دریافتند بیان ژن گسترده را تغییر می دهند.
علاوه بر این، پیج و سان رومن دریافتند که X و Y غیرفعال هر دو بیان بسیاری از ژن‌ها را در کروموزوم X فعال تنظیم می‌کنند، درست مانند همه اتوزوم‌ها.
(این کار در کارهای قبلی پیج و سان رومن که بر رابطه بین X غیرفعال و فعال متمرکز شده بود بسط می‌دهد .)
به طور خلاصه، کروموزوم X فعال مانند یک اتوزوم رفتار می‌کند، در حالی که کروموزوم X غیرفعال و کروموزوم Y به عنوان دو طرف عمل می‌کنند.
همان سکه، هم به عنوان کروموزوم های جنسی و هم به عنوان تنظیم کننده ژن.
این کروموزوم ها در طول تاریخ به عنوان کروموزوم های X غیرفعال و کروموزوم Y فقیر از نظر ژن شناخته می شدند و توجه کمی به آن ها به جز اینکه چگونه در تمایز جنسیتی نقش دارند، به آن ها داده می شد، بنابراین برای ما خیره کننده بود که ببینیم شبکه نفوذ آنها چقدر گسترده است.
پیج می گوید. این کروموزوم‌ها حاوی ژن‌هایی مانند ZFX و ZFY هستند که تنظیم‌کننده‌های ژنی جهانی هستند، و من فکر می‌کنم با کسب اطلاعات بیشتر در مورد آنها، نحوه تفکر ما در مورد ژنتیک کروموزوم‌های X و Y انسان کاملاً تغییر خواهد کرد.
