تصویربرداری از بیان ژن در مغز

به گزارش خبرگزاری سیناپرس، زنبورهای عسل به دلیل نیش های دردناک و گاه کشنده خود بدنام هستند. اما مسلماً آنها کمتر به عنوان مدلی برای مطالعه چگونگی شکل دادن محیط بیان ژن در مغز از طریق تغییرات اپی ژنتیکی مانند متیلاسیون DNA شناخته شده اند. جین رابینسون، محقق زنبور عسل از دانشگاه ایلینویز در Urbana-Champaign، با پزشکان، دانشمندان علوم اعصاب، رادیولوژیست‌ها و مهندسان همکاری کرد تا روش جدیدی را برای کشف اینکه آیا بیان ژن در مغز بر اساس تجربیات فردی انسان شکل می‌گیرد یا نه.
رابینسون بیش از دو دهه را صرف تجزیه و تحلیل چگونگی تأثیر زندگی اجتماعی پیچیده و فعال زنبورها بر بیان ژن ها در مغز آن ها کرده است. او نشان داد که بیان ژن در مغز زنبور عسل می تواند رفتارهایی مانند پرخاشگری و تغییر در پاسخ به عوامل خارجی مانند هورمون های استرس آزاد شده توسط زنبورهای مجاور را پیش بینی کند. این تغییرات بیان ژن اغلب ناشی از تغییرات اپی ژنتیکی DNA مانند متیلاسیون است. این تغییرات پویا در پاسخ به محرک ها به مغز اجازه رشد و یادگیری را در طول زمان می دهد.
ما هنوز نمی دانیم که تجلی فیزیکی حافظه یا شخصیت در مغز چگونه است. در طول رشد، مردم چیزهای بیشتری یاد می گیرند، و این به شکلی در مغز رمزگذاری می شود. کینگ لی، محقق تصویربرداری زیستی از دانشگاه ایلینویز در Urbana-Champaign که اخیراً روشی جدید را در مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم با رابینسون منتشر کرده است، گفت: مردم باید این اطلاعات را به صورت فیزیکی ذخیره کنند و با اطلاعات دیگر رابطه برقرار کنند. یک فرضیه این است که این مکانیسم ذخیره سازی و فراخوان طولانی مدت از طریق اپی ژنتیک ذخیره می شود.
آزمایش این فرضیه در انسان دشوار است زیرا جمع آوری نمونه های RNA و DNA از نمونه های مغز انسان پیچیده تر از جمع آوری آنها از زنبورها است. محققان در انسان از نمونه‌های مغز پس از مرگ استفاده می‌کنند، که البته تغییرات پس از ترجمه را کاملاً حفظ نمی‌کنند. بهترین راه برای مطالعه تغییرات ناشی از تجربه های عملی در متیلاسیون DNA در افراد، بررسی الگوهای متیلاسیون در مغزهای زنده است.
رابینسون، لی و یک تیم مشترک از محققان، روش خود را برای انجام این کار توسعه دادند. آنها به خوک‌ها را رژیمی حاوی کربن 13 تغذیه کردند، ایزوتوپی از کربن 12 که معمولاً یافت می‌شود و کمتر از 1 درصد کربن کل بدن انسان را تشکیل می‌دهد و می‌توان با MRI تصویربرداری کرد. هنگامی که گروه متیل حاوی کربن 13 از متیونین به DNA اضافه شد، محققان توانستند امتداد متیله DNA را با استفاده از MRI تجسم کنند. آنها روش جدید را MRI اپی ژنتیک (eMRI) می نامند و انتظار دارند بتوانند ظرف یک سال آن را روی انسان آزمایش کنند.
این مقاله اولین مقاله ای است که در مورد MRI اپی ژنتیک در مقایسه با MRI سنتی که فعالیت عصبی را در مغز اندازه گیری می کند صحبت می کند. بوداچاندرا خوندراکپام، محقق تصویربرداری عصبی در دانشگاه مک گیل گفت: این مقاله گام بزرگی به جلو در اندازه گیری غیرتهاجمی بیان ژنتیکی در کل مغز است.
با استفاده از این روش، گروه مشاهده کردند که گروه‌های متیل نشان‌دار شده به وسیله کربن-13 در امتداد DNA در مغز روشن می‌شوند و همچنین شاهد افزایش سطح متیلاسیون با رشد خوک‌ها بودند، مشاهداتی که رابینسون و دیگران قبلاً در مدل‌های دیگری مانند زنبورهای عسل یافته بودند.
لی گفت: ما اولین گروهی هستیم که واقعاً نشان دادیم با دادن این رژیم غذایی غنی شده با متیونین کربن 13، می‌توانیم برچسب گذاری روی DNA مغز خوک‌های در حال رشد را ردیابی کنیم.
لی اشاره کرد که سیگنال کربن 13 در حیواناتی با مغز کوچک‌تر مانند موش‌ها بسیار ضعیف است. با تجسم سیگنال در مغز خوک های بزرگتر و شبیه انسان، لی و رابینسون، برای توسعه نرم افزار تجزیه و تحلیل برای تقویت سیگنال اقداماتی انجام دادند.
لی و رابینسون خوشبین هستند که این روش پس از پایان تنظیم دقیق آن در خوک ها، برای انسان ها نیز قابل استفاده باشد. اما برخی از محققان هنوز در مورد این رویکرد سؤالاتی دارند.
تئودورا دورینا پاپاجئورگیو، محقق علوم اعصاب با تخصص در روش‌های MRI از کالج پزشکی بیلور، گفت: این یک مطالعه اثبات مفهوم است. آنها به آن بعنوان یک مطالعه غیرمخرب نگاه می کنند، اما آنها حیوانات را کشتند تا اثرات آن را پس از مرگ در مغز بررسی کنند و از نمونه برداری از بافت از مناطق مختلف مغز نیز استفاده کنند. بنابراین در نهایت، نمونه برداری از بافت پس از کشته شدن حیوانات انجام شد.
پاپاژورجیو انتظار دارد قبل از اینکه تیم، این روش را در انسان آزمایش کنند، بتوانند این نتایج را در حیوانات زنده تأیید کنند.
لی و رابینسون در حال حاضر این روش را در خوک های بالغ تأیید می کنند زیرا امیدوارند این روش تصویربرداری را برای بزرگسالان قبل از کودکان توسعه دهند. اما لی فکر می کند که این روش در بزرگسالان بهتر عمل می کند زیرا سیگنال کربن 13 در مغزهای بزرگتر تقویت می شود.
لی می گوید: ما نتایج منتشرنشده‌ای داریم که نشان می‌دهد در حال حاضر می‌توانیم برچسب‌گذاری را در خوک‌های بالغ به وضوح ببینیم. این به ما اعتماد به نفس بالایی می دهد که می توانیم وارد فاز تحقیقات انسانی شویم زیرا مغز انسان حدود هشت تا ده برابر مغز یک خوک بالغ است. اگر برچسب گذاری مانند خوک های بالغ عمل کند، پس ما در حال پیشرفت هستیم.
لی و همکارانش امیدوارند که بتوان از این روش برای بررسی تفاوت‌های متیلاسیون در مغز بیماران مبتلا به اختلالات عصبی مانند بیماری‌های آلزایمر و پارکینسون استفاده کرد. او در حال حاضر با محققانی که مدل های حیوانی بیماری های عصبی را برای بررسی تفاوت الگوهای متیلاسیون در حیوانات دارند، همکاری می کند.
رابینسون گفت: این می تواند بینشی در مورد انواع بیماری ها از جمله بیماری آلزایمر به ما بدهد. یکی از موارد واقعا مهم در آلزایمر، جستجوی نشانگرهای اولیه بیماری قبل از آسیب عصبی است. ما علاقه مندیم که بررسی کنیم آیا تغییرات اپی ژنتیک در مغز می تواند به عنوان یک نشانگر اولیه عمل کند.
منبع: drugdiscoverynews.com
مترجم: کیانوش کرمی