فشار بر توقف: یک توقف ژنتیکی کوچک ممکن است به تکامل حیات پیچیده کمک کرده باشد
توسط اولیویا هال، دانشگاه کرنل
انسانها این ویژگی را دارند. همچنین drosophila این ویژگی را دارد، اما مخمر این را ندارد. آن «ویژگی» یک توقف کوتاه در ابتدای فعالیت ژن است — یک توقف مولکولی لحظاتی که ممکن است به تکامل حیات از سلولهای ساده به حیوانات پیچیده کمک کرده باشد.
یک مطالعه جدید توسط چارلز دانکو، استاد مشارکتی در علوم زیستی و فناوری در مؤسسه بیکر برای بهداشت حیوانات دانشگاه کرنل و در بخش علوم پزشکی در کالج دامپزشکی، و همکارانش، بررسی میکند که چگونه این قدم کلیدی در تنظیم ژن — توقف نزدیک به پراموتر — در طول تکامل گونهها شکل گرفته است.
توقف نزدیک به پراموتر درست پس از فعال شدن «دستگاه کپیبرداری» مولکولی سلول — RNA پلیمراز II — رخ میدهد. این پلیمراز به طور موقت متوقف میشود، معمولاً پس از حدود ۲۰ تا ۶۰ نوکلئوتید یا «حرف» از ژن، تا سیگنالهای بعدی دریافت شود.
دَنکو گفت: «بر اساس ادبیات، این زمان ممکن است بین یک تا ده دقیقه باشد، که در زندگی این پروتئینها یک ابدیت واقعی است.»
این نقطه کنترل در تنظیم ژن برای اولین بار در دهه ۱۹۸۰ توسط جان لیس، استاد باربارا مککلینتاک در بخش زیستشناسی مولکولی و ژنتیک (کالج کشاورزی و علوم زیستی) و یکی از همنویسندگان مقاله توصیف شد.
دَنکو گفت: «تحقیقات زیادی در آن زمان روی مخمر متمرکز بودند و گام توقف نزدیک به پراموتر را نشان ندادند، بنابراین بسیاری فکر میکردند که این فرآیند چندان مهم نیست.»
اما شاگرد پسادکتری لیس، کارن آدلمن، که اکنون استاد ادوارد اس. هارکنس شیمی زیستی و فارماکولوژی مولکولی در مدرسه پزشکی هاروارد است، نشان داد که این وقفهها نه تنها در موریچهها بلکه در سلولهای انسانی نیز وجود دارد.
دَنکو گفت؛ «این ما را به این سؤال هدایت کرد: توقف چه زمانی تکامل یافت؟ چه زمانی به عنوان یک مرحله جدید در چرخهٔ رونویسی افزوده شد و چگونه بدون اختلال کلی در رونویسی پیش آمد؟ اینها همان سؤالهایی هستند که این مقاله بهدنبال پاسخ آنهاست.»
چگونه مطالعه توقف ژن را پیگیری کرد
با استفاده از تکنیکی به نام PRO‑seq، که بر پایه روشهای توسعهیافته در آزمایشگاه لیس است، این مطالعه این فرآیند را در موجودات مختلف در سراسر درخت حیات – از باکتریها و یوکاروتهای تکسلولی تا گیاهان و حیوانات – نقشهبرداری کرد تا الگوهای تکاملی را پیگیری کند.
تیم پژوهشی دریافت که یک نسخه ضعیف و کوتاهمدت از توقف قبلاً در موجودات تکسلولی ساده وجود داشته است. در طول زمان تکاملی، این توقف در حیوانات طولانیتر و دقیقتر موقعیتگیری شد، بهدست آوردن مجموعههای پروتئینی جدیدی که آن را تثبیت و تنظیم میکردند، بهویژه عامل کشش منفی (NELF).
دَنکو توضیح داد که چهار زیرواحد NELF در نقاط مختلفی از تکامل ظاهر شدند. دو زیرواحد اصلی در بسیاری از یوکاروتها وجود داشتند، در حالی که دو زیرواحد دیگر بعدها پدیدار شدند و به RNA پلیمراز امکان توقف طولانیتری دادند و به سلولها کنترل دقیقتری بر فعالیت ژنها ارائه کردند.
دَنکو گفت: «فکر میکنم این یک کشف بسیار هیجانانگیز است، زیرا زمینهٔ فراوانی دربارهٔ زمان تکامل این سیستمهای خاص توقف ارائه میدهد.»
آزمون نقش NELF در تنظیم ژن
برای آزمون اهمیت NELF، پژوهشگران کرنل با همکاران خود در مرکز سرطان مموریاِل اسلوَن کِترینْگ همکاری کردند و دو زیرواحد این کمپلکس را در سلولهای موشی حذف کردند. بدون این تنظیمکنندهها، RNA پلیمراز بهسرعت بیش از حد در طول ژنها پیش رفت و بسیاری از ژنها نتوانستند بهدرستی به استرس حرارتی واکنش نشان دهند؛ استرسی که هدفش القای رونویسی یک مجموعهٔ اصلی از پروتئینهای شوک حرارتی از طریق فاکتور رونویسی HSF بود.
دَنکو گفت: «ما متوجه شدیم که به طور کلی، بسیاری از ژنها به همان میزان که هنگام حضور کامل NELF بالا میرفتند، بهنحو قابل توجهی ارتقا نیافتهاند.»
دَنکو نقش NELF را به افزودن دکمههای تنظیم صدا بر روی یک استریو تشبیه کرد، که به سلولها امکان میدهد تا «حجم» بیان ژنها را بهدقت تنظیم کنند.
دَنکو گفت: «این به گامی مهم در توسعهٔ حیوانات چندسلولی بازمیگردد — توانایی کنترل دقیق فعالیت ژنها. ما معتقدیم که این توقف این کار را انجام میدهد، و تکامل پروتئینهای NELF در نیاکان مشترک پیش از ظهور حیوانات چندسلولی این نگرش را تأیید میکند.»
دلالتها برای بیماریها و تحقیقات آینده
این لحظات کوچک میتوانند پیامدهای گستردهای داشته باشند. با تنظیم زمان و نحوهٔ فعال شدن ژنها، توقف نزدیک به پراموتر به عملکرد صحیح سلولها کمک میکند — کنترلی که در صورت اختلال میتواند به بیماریهایی نظیر سرطان منجر شود.
دَنکو گفت: «درک اینکه چه عواملی رونویسی را هدایت میکند، بسیار مهم است، اگر بخواهیم بتوانیم ارتباط این فرآیندها با بیماریها را درک کنیم. در غیر این صورت، تنها فهرستی از ژنهای تغییردهنده در این بیماریها داریم، بدون اینکه واقعاً به معنای زیرین آنها پی ببریم.»
نویسندگان همکار دیگر از دانشگاه کرنل که در مقاله حضور داشتهاند عبارتند از: آنا‑کاترینّا هاجانتوناكیس، استاد در ویِل کرنل مدیسین؛ ایلانا ال. بریتو، استادیار در مدرسه مهندسی زیستپزشکی مئینیک دانشگاه کرنل؛ و جان لیس، استاد باربارا مککلینتاک در بخش زیستشناسی مولکولی و ژنتیک کالج کشاورزی و علوم زیستی. همچنین تعداد زیادی از کارمندان، داوطلبان دکترا و پژوهشگران پسادکترا در آزمایشگاههای آنها در تهیه مقاله مشاركت داشتند.
اطلاعات بیشتر: Alexandra G. Chivu et al, Evolution of promoter-proximal pausing enabled a new layer of transcription control, Nature Structural & Molecular Biology (2025). DOI: 10.1038/s41594-025-01718-y
اطلاعات مجله: Nature Structural & Molecular Biology
ارائه شده توسط دانشگاه کرنل
استناد: اعمال توقف: یک توقف ژنتیکی کوچک ممکن است به تکامل حیات پیچیده کمک کرده باشد (2025، 19 دسامبر) دریافت شده 28 دسامبر 2025 از https://phys.org/news/2025-12-small-genetic-complex-life-evolve.html