پژوهشگران برای نخستینبار شواهد مستقیمی از وجود ساختارهای چهاررشتهای موسوم به «G-quadruplex» در مواد ژنتیکی موجود در پلاسمای خون انسان به دست آوردهاند؛ یافتهای که میتواند نگاه دانشمندان به اطلاعات قابل استخراج از DNA آزاد در خون را تغییر دهد.
به گزارش سیناپرس، وقتی سلولهای بدن از بین میروند، بخشهایی از DNA آنها وارد جریان خون میشود. این قطعات کوچک که به «DNA آزاد سلولی» یا cell-free DNA معروفاند، سالهاست بهعنوان منبعی برای بررسی وضعیت بدن مورد توجه پژوهشگران قرار دارند.
تا امروز بیشتر تمرکز بر ترتیب حروف ژنتیکی DNA، اندازه قطعات و محل آنها در ژنوم بوده است؛ اما یک مطالعه جدید نشان میدهد شکل قرار گرفتن این ماده ژنتیکی نیز ممکن است اطلاعاتی در خود داشته باشد.
پژوهشگران در یک مطالعه پیشچاپ، ساختارهایی به نام G-quadruplex یا G4 را در مواد ژنتیکی جداشده مستقیماً از پلاسمای خون انسان شناسایی کردهاند.
رابرت هِنزل-هِرتش زیستشناس مولکولی از دانشگاه کلن، میگوید این مطالعه تا آنجا که پژوهشگران اطلاع دارند، نخستین شواهد بیوشیمیایی مستقیم از وجود ساختارهای تاخورده G-quadruplex در اسیدهای نوکلئیک بهدستآمده مستقیماً از پلاسمای انسان را ارائه میکند.
DNA همیشه مارپیچ دوتایی نیست
DNA معمولاً با ساختار مشهور مارپیچ دوتایی شناخته میشود، اما این مولکول میتواند شکلهای دیگری نیز به خود بگیرد.در ساختار G4، چهار مولکول از باز آلی گوانین در کنار یکدیگر قرار میگیرند و ساختاری شبیه یک مربع کوچک ایجاد میکنند. چندین لایه از این ساختارها میتوانند روی هم قرار بگیرند و در نهایت یک ساختار فشرده چهاررشتهای ایجاد کنند.
این ساختارها پیشتر درون سلولها مشاهده شده بودند، اما پژوهشگران اکنون به دنبال پاسخ به این پرسش بودند که آیا G4های تاخورده در مواد ژنتیکی موجود در خون انسان نیز وجود دارند یا خیر.
سرنخ اولیه از قطعات بسیار کوتاه DNA آزاد سلولی به دست آمد. برخی از این قطعات که حدود ۵۰ حرف ژنتیکی طول داشتند، دارای مقدار کافی گوانین برای تشکیل ساختار G4 بودند و تحلیلهای رایانهای نیز احتمال ایجاد چنین ساختاری را نشان میداد.
اما یک مشکل مهم وجود داشت: اینکه یک قطعه DNA توانایی تشکیل یک ساختار را داشته باشد، به این معنا نیست که در بدن واقعاً همان ساختار را تشکیل داده است.
فرایندهای معمول استخراج DNA نیز میتوانند ساختارهای ظریف را از بین ببرند یا باعث شوند مولکولها هنگام آزمایش دوباره تا بخورند. در چنین شرایطی تشخیص اینکه ساختار G4 واقعاً در خون وجود داشته یا در آزمایشگاه ایجاد شده، دشوار خواهد بود.
به همین دلیل، پژوهشگران تلاش کردند مواد ژنتیکی را مستقیماً از پلاسمای خون و بدون استفاده از روشهایی که میتوانست شکل آنها را تغییر دهد، جمعآوری کنند.
سپس از دو روش مستقل برای شناسایی ساختارهای G4 استفاده کردند. یکی از این روشها بر پایه آنتیبادیای بود که ساختار G4 را شناسایی میکند و روش دیگر از یک مولکول کوچک استفاده میکرد که هنگام اتصال به G4 سیگنال نوری ایجاد میکند.
پژوهشگران همچنین قطعات ژنتیکی مشابهی را که توانایی تشکیل ساختار G4 نداشتند آزمایش کردند. این قطعات سیگنال مربوط به ساختار چهاررشتهای را ایجاد نکردند.
هنوز مشخص نیست این ساختارها DNA هستند یا RNA
با وجود این یافته، یک پرسش مهم همچنان بیپاسخ مانده است: این ساختارهای چهاررشتهای دقیقاً از DNA تشکیل شدهاند یا RNA؟
RNA نیز میتواند ساختار G4 ایجاد کند و ابزارهای مورد استفاده در این مطالعه، ساختار چهاررشتهای را تشخیص میدهند، نه الزاماً مولکولی را که این ساختار را ساخته است.پژوهشگران این موضوع را یکی از محدودیتهای اصلی مطالعه میدانند.
در مطالعات بعدی، میتوان مواد استخراجشده را با آنزیمهایی تیمار کرد که بهطور اختصاصی DNA یا RNA را از بین میبرند. همچنین تعیین توالی این مولکولهای تاخورده میتواند مشخص کند منشأ آنها کجاست و متعلق به کدام بخش ژنوم هستند.
آیا این ساختارها میتوانند به تشخیص سرطان کمک کنند؟
کشف G4 در خون از این جهت مورد توجه قرار گرفته که این ساختارها در بخشهایی از ژنوم که در تنظیم فعالیت ژنها نقش دارند، بیشتر دیده میشوند. همچنین در برخی انواع تومورها، میزان بالاتری از ساختارهای G4 گزارش شده است.
از همین رو این احتمال مطرح شده که ساختارهای چهاررشتهای موجود در خون در آینده بتوانند اطلاعاتی درباره برخی بیماریها، از جمله سرطان، ارائه دهند؛ اطلاعاتی که تنها با خواندن توالی DNA قابل مشاهده نیست.با این حال، پژوهشگران تأکید میکنند که این مطالعه یک آزمایش تشخیص سرطان نیست.
هدف پژوهش فعلی تنها اثبات وجود ساختارهای تاخورده G4 در پلاسمای خون بوده و در آن، افراد مبتلا به سرطان با افراد سالم برای بررسی توانایی تشخیصی این ساختارها مقایسه نشدهاند.
برای رسیدن به چنین کاربردی، ابتدا باید مشخص شود این مولکولها دقیقاً چه هستند، از کدام بافتهای بدن منشأ میگیرند و آیا بیماری میتواند تعداد، منشأ یا الگوی آنها را تغییر دهد.
وقتی شکل DNA هم بخشی از پیام میشود
پژوهشگران هنوز نمیدانند این ساختارها در داخل سلول شکل گرفتهاند یا پس از ورود مواد ژنتیکی به جریان خون ایجاد شدهاند. همچنین مشخص نیست کدام بافتهای بدن آنها را آزاد میکنند.
با وجود این پرسشهای بیپاسخ، یافته جدید یک نکته اساسی را برجسته میکند: DNA آزاد موجود در خون ممکن است فقط مجموعهای از حروف ژنتیکی نباشد که باید خوانده شوند؛ شکل فیزیکی این مولکولها نیز میتواند بخشی از اطلاعات زیستی آنها را در خود جای داده باشد.
مطالعه حاضر بهصورت پیشچاپ در bioRxiv منتشر شده و پیش از تبدیلشدن این یافته به یک ابزار پزشکی یا تشخیصی، به بررسیهای مستقل و مطالعات گستردهتر نیاز دارد.