اكتشاف تطور التحكم الجيني البعيد في الكائنات البحرية القديمة

نشرت دراسة حديثة في مجلة Nature توضح أن القدرة على التحكم في الجينات عن بعد، عبر عشرات الآلاف من حروف الحمض النووي، تطورت قبل ما بين 650 و700 مليون سنة. ويعتقد أن هذه الظاهرة ظهرت في بداية تطور الحيوانات، قبل حوالي 150 مليون سنة مما كان يُعتقد سابقًا.

التنظيم الجيني البعيد: الابتكار القديم

يعتمد التنظيم الجيني البعيد، الذي يُعرف بالتنظيم البعيد، على طي الحمض النووي والبروتينات بطريقة متطورة لتكوين حلقات. تتيح هذه الحلقات للمناطق البعيدة عن نقطة بداية الجين تفعيل وظيفته. يُعتقد أن هذه الطبقة الإضافية من التحكم ساعدت الحيوانات متعددة الخلايا الأولى في بناء أنواع خلوية وأنسجة متخصصة دون الحاجة إلى اختراع جينات جديدة.

الابتكار الحيوي المهم نشأ على الأرجح في مخلوق بحري، وقد يكون سلفًا مشتركًا لجميع الحيوانات الحالية. تطورت هذه الحيوانات القديمة القدرة على طي الحمض النووي بطريقة محكمة، مكونة حلقات في الفضاء ثلاثي الأبعاد مما جعل أجزاء الحمض النووي البعيدة تتواصل مباشرة مع بعضها البعض.

دراسة الجينات في الكائنات البحرية القديمة

أجريت الدراسة عبر استكشاف الجينومات لأقدم الفروع في شجرة العائلة الحيوانية، بما في ذلك قناديل البحر مثل “الجوزة البحرية”، والبلاتوزوا، والكنيداريات، والإسفنجيات. كما دُرست الكائنات الأحادية الخلية القريبة التي ليست حيوانات ولكنها تشترك في سلف مشترك حديث.

استخدم الفريق تقنية تُسمى Micro-C لرسم خريطة لكيفية طي الحمض النووي داخل خلايا كل من الأنواع الـ11 المختلفة التي درسوها. هذا العمل تطلب معالجة 10 مليارات قطعة من بيانات التسلسل لبناء خريطة ثلاثية الأبعاد لجينوم كل نوع بالتفصيل.

اكتشافات جديدة في التطور الجيني

حتى الآن، كان يُعتقد أن التنظيم الجيني البعيد ظهر لأول مرة في السلف المشترك الأخير للثنائيات، وهي مجموعة من الحيوانات التي ظهرت لأول مرة على الأرض منذ حوالي 500 مليون سنة. ولكن، يُظهر البحث أن قناديل البحر انحدرت من أشكال حياة تباعدت مبكرًا من سلالات حيوانية أخرى قبل 650 إلى 700 مليون سنة.

بالإضافة إلى ذلك، اكتشف الباحثون أن الجينومات في الحيوانات التي تنتمي إلى الفروع القديمة لا تحتوي على بروتين مكافئ لـ CTCF، وهو البروتين الذي يحدد الحدود ويقسم الجينات إلى أحياء محلية مختلفة في الفقاريات. بدلاً من ذلك، تستخدم قناديل البحر بروتينًا هيكليًا مختلفًا من نفس العائلة الهيكلية.

التطبيقات الطبية والمستقبلية

مثل الإسفنج وقناديل البحر، تتكون أجسامنا من نفس اللبنات الأساسية للحمض النووي. اليوم، تعتمد أجسامنا على الابتكار القديم للتنظيم الجيني البعيد للمساعدة في خلق أنواع مختلفة من الخلايا من نفس الحمض النووي، مما ينتج خلايا الدماغ والخلايا المناعية وغيرها. عندما تفشل هذه الاتصالات، قد تنشأ الأمراض.

من خلال تتبع التنظيم الجيني البعيد إلى الحيوانات التي عاشت منذ مئات الملايين من السنين، يمكن للباحثين البدء في تجميع كيف تشكلت النسخ المبكرة من التنظيم الجيني، مما يوفر أدلة جديدة حول المبادئ الأساسية التي تحكم خلايانا وأجسامنا اليوم. يمكن أن يساعدنا هذا في فهم أين يكون النظام قويًا وأين يكون عرضة للفشل، مما قد يوجهنا نحو رؤى طبية جديدة أو علاجات.

الخاتمة

تقدم الدراسة التي قادها مركز تنظيم الجينوم بالتعاون مع مجموعة مارك أ. مارتي رينوم في مركز التحليل الجينومي الوطني، رؤى مدهشة حول كيفية تطور التحكم الجيني البعيد في الكائنات البحرية القديمة. يعيد هذا الاكتشاف تشكيل فهمنا لكيفية تطور الجينات وتنظيمها عبر الزمن، مما يوفر فرصًا مثيرة لفهم أعمق للآليات الأساسية التي تتحكم في الحياة. من المتوقع أن تفتح هذه النتائج آفاقًا جديدة في البحث العلمي وتقدم رؤى قيمة في مجالات الطب وعلاج الأمراض.

Scroll to Top