تیمی از دانشمندان موسسه شیمی آلی و بیوشیمی پراگ در جمهوری چک، جزئیات جدیدی از فرآیند رونویسی ژنها کشف کردهاند؛ آنها یک مکانیسم مولکولی را شناسایی کردهاند که پیش از این ناشناخته بوده و با کمک آن، رونویسی اطلاعات ژنتیکی از DNA به RNA آغاز میشود. این یافته مهم می تواند زمینه ساز ارائه روشهای درمانی جدید در بیماری های صعب العلاج باشد.
به گزارش خبرگزاری سیناپرس، سال گذشته موسسه IOCB پراگ یک مرکز جدید پژوهشی افتتاح کرد که با بهرهگیری از میکروسکوپهای الکترونی کرایوژنیک پیشرفته در ساختمانی ویژه، امکان مطالعه فرآیندهای زیستی با دقت ساختاری فوقالعاده را فراهم میکنند. با کمک امکانات خاص این مجموعه، محققان روی گروه خاصی از مولکولها به نام آلارمونها (alarmones) تمرکز کردند. این مولکولها در سلولهای طیف وسیعی از موجودات زنده وجود داشته و سطح آنها معمولا در شرایط استرس سلولی افزایش مییابد.
بررسیهای پیشین دانشمندان نشان داده است که مولکولهای آرانای میتوانند در یک سر خود تغییرات شیمیایی مختلفی داشته باشند که به آنها کلاهک میگویند. در سلولهای برخی موجودها از جمله سلولهای انسانی، معروفترین نوع کلاهک نقش مهمی در پایداری آرانای و تعیین سرنوشت بعدی آن دارد، اما در سالهای اخیر مشخص شده که در سلولهای انسان کلاهکهای جایگزین و غیرمعمول (non-canonical) هم وجود دارند؛ هرچند چگونگی تشکیل و اتصال آنها به آرانای هنوز کاملا شناخته نشده است. در این میان یکی از این انواع کلاهکها، کلاهکهای آلارمونی هستند که از مولکولهای دینوکلئوزید پلیفسفات (dinucleoside polyphosphates) ساخته میشوند و در لحظاتی که سلول در معرض تهدید قرار دارد، از آرانای سلولی محافظت میکنند.
در این مطالعه، دکتر هانا چاهووا (Hana Cahová) و تیمی از همکارانش، آنزیم پلیمراز آرانای باکتریایی را بررسی کرده و دریافتند این آنزیم چگونه میتواند به جای بلوکهای ساختمانی معمولی آرانای، از دینوکلئوزید پلیفسفاتها برای شروع رونویسی استفاده کند.
دانشمندان برای اولین بار در سطح اتمی توصیف کردند که چگونه آرانای دارای کلاهک آلارمونی مستقیما در لحظه آغاز رونویسی ژن ساخته میشود. آنها همچنین مشاهده کردند که این مولکولها از طریق نوعی جفت پایهای متفاوت با حالت معمول متصل میشوند.
محققان این تیم مطالعاتی همچنین توانستند به خوبی توانایی دینوکلئوزید پلیفسفاتها در آغاز رونویسی ژن را نشان داده و همچنین روی تحلیل ساختاری آرانای تمرکز کردند. این پژوهشگران با استفاده از دادههای میکروسکوپ الکترونی کرایوژنیک (cryogenic electron microscopy نشان دادند که مولکولهای دینوکلئوزید پلیفسفات چگونه درون محل فعال آنزیم پلیمراز آرانای، یعنی هسته اصلی آنزیم که رونویسی اطلاعات ژنتیکی در آن انجام میشود به یکدیگر متصل میشوند.
این یافتهها به روشن شدن فرآیندهایی کمک میکنند که همراه با رونویسی اطلاعات ژنتیکی از دیانای به آرانای رخ میدهند.
دکتر هانا چاهووا در این رابطه میگوید: «ما چیزی را توصیف میکنیم که واقعا در داخل سلول اتفاق میافتد و حالا میتوانیم آن را مستقیما در سطح تکمولکولی مشاهده کنیم. این یافته بسیار مهم این امکان را میدهد که ما به پرسشهای بنیادین درباره فرآیندهای سلولی پاسخ دهیم؛ به عنوان مثال نشان داده میشود که چگونه سلولها با استرس سازگار میشوند و آرانای در این میان نقش مرکزی دارد زیرا زنجیره اطلاعاتی را حمل میکند که هر پاسخی در سلول مثلا به کمبود مواد مغذی یا شوک دمایی بر اساس آن شکل میگیرد».
در خاتمه گفتنی است میکروسکوپ الکترونی کرایوژنیک به محققان اجازه میدهد مولکولهای زیستی را در حالتی بسیار نزدیک به شکل طبیعیشان منجمد کرده و سپس ساختار سهبعدی آنها را تعیین کنند. این روش امکان نگاه مستقیم به مراکز فعال آنزیمها و مشاهده عملکردشان تا سطح اتمی را فراهم میکند. شرح کامل این پژوهش در آخرین شماره مجله تخصصی Nature Chemical Biology منتشر شده و در اختیار محققان قرار دارد.
مترجم: فاطمه کردی