دانشمندان بیش از 140,000 حلقه DNA را برای نقشهبرداری از کروموزومهای انسانی در هسته سلولی ترسیم کردند
نوشته سانجوکتا موندال، Phys.org
یکی از دقیقترین نقشههای سهبعدی که نحوهٔ سازماندهی و تاچیدگی کروموزومهای انسانی در هستهٔ سلول را نشان میدهد، در Nature منتشر شده است.
کروموزومها ساختارهای نخی شکل هستند که اطلاعات ژنتیکی سلول را در داخل هسته حمل میکنند. بهجای اینکه بهصورت رشتههای آزاد یا فقط به شکل Xهای آشنایی که در کتابهای درسی دیده میشوند، وجود داشته باشند، کروموزومها به شکلهای سهبعدی خاصی تا میشوند. نحوهٔ تاچیدگی آنها، ساختارهای ایجادشده و موقعیتشان نقشهای کلیدی در حفظ عملکرد صحیح سلول، بیان ژنها و تکثیر DNA ایفا میکنند.
تیمی که در پروژهٔ نوکلئوم چهار‑بعدی (4D Nucleome) مشارکت داشت و هدف آن درک سازماندهی سهبعدی کروموزومهای انسانی در هسته و چگونگی تغییر آن در طول زمان بود، بیش از 140 000 تعامل حلقهای DNA را در سلولهای بنیادی جنینی انسانی و فیبروبلاستها شناسایی کرد. آنها همچنین روشهای محاسباتی ارائه دادند که میتوانند تاچیدگی ژنوم را صرفاً بر پایهٔ توالی DNA پیشبینی کنند و این امکان را فراهم میآورد تا راحتتر تأثیر تغییرات ژنتیکی—از جمله آنهایی که با بیماریها مرتبطاند—بر ساختار و کارکرد ژنوم بررسی شود.
نقشهبرداری از حلقهها در فضای سهبعدی
پروژهٔ ژنوم انسانی اولین نگاه به توالی ژنوم انسانی—فهرست کامل مولکولهای DNA تشکیلدهندهٔ کروموزومهای انسانی—را در آستانهٔ قرن بیست و یکم فراهم کرد. از آن زمان به بعد، دانشمندان بهدنبال روشی برای مشاهدهٔ دقیقتر ساختارهای پیچیدهٔ مواد ژنتیکی گرانبهای موجود در سلولهایمان بودهاند.
در حالی که توالیهای ژنوم نشان میدهند کدام ژنها موجود هستند، اما نحوهٔ فعال یا غیرفعال شدن آنها را توضیح نمیدهند. برای درک این موضوع، به تصویری واضحتر از معماری کروموزومها و نقشهٔ دقیقی از چیدمان DNA در هسته و تعاملات آن با ساختارهای دیگر هستهای نیاز داریم.
کروموزومها تمایل دارند خود را بهصورت ساختارهای سهبعدی در داخل هستهٔ سلول منظم کنند، بهطوری که DNA را با حلقهکردن آن دور پروتئینهای هیستون ذخیره و با استفاده از پروتئینهای کوهسین بخشهای مختلف را بهیکدیگر مینشانند.
این ساختارها که بهعنوان حلقههای کروماتین نیز شناخته میشوند، برای سازماندهی ژنوم در فضای سهبعدی اساسی هستند. با نزدیک کردن نواحی جداگانهٔ DNA به یکدیگر، حلقههای کروماتین تعاملاتی را که برای تنظیم و بیان ژنها لازم است، تسهیل میکنند.
بنابراین، پژوهشگران این مطالعه تصمیم گرفتند تا بهعمق بیشتری به این تعاملات حلقهای پردازند و نوکلئوم چهار‑بعدی را بررسی کنند؛ کاری که شامل رویکردی چندمرحلهای برای نقشهبرداری از سازماندهی سهبعدی ژنوم انسانی در دو نوع سلول انسانی بود: سلولهای بنیادی جنینی H1 و فیبروبلاستهای پوستی همیشگی.
تیم با مجموعهای از آزمونهای ژنومی آغاز کرد تا فراوانی تعامل یا نزدیکی مناطق مختلف DNA و همچنین تعاملات با پروتئینهای خاص را اندازهگیری کند.
دادههای حاصل از آزمونهای مختلف بههم پیوستند تا بستر مدلسازی یکپارچهٔ ژنوم (IGM) ساخته شود که شامل 1,000 مدل سهبعدی متمایز از ژنوم برای سلولهای منفرد است. آنها همچنین از این دادهها برای آموزش مدلهای یادگیری عمیق استفاده کردند که میتوانند تاچیدگی سهبعدی ژنوم را صرفاً بر پایهٔ توالی DNA پیشبینی کنند.
با تجمیع دادههای تمام تکنیکهای بهکار رفته، تیم مجموعههای داده ژنومی یکپارچهٔ نوکلئوم چهاربعدی را ساخته. آنها بیش از 141,365 تعامل حلقهای تنظیمی برای سلولهای بنیادی و 146,140 تعامل برای فیبروبلاستها فهرست کرده و مدلهای تکسلولی ایجاد کردند که تعاملات ژنها با عناصر تنظیمی دوردست را در تمام فضای سهبعدی نشان میدهند.
پژوهشگران تأکید میکنند که این مدلها میتوانند توالیهای DNA را که راهنمای تاچیدگی ژنوم هستند، آشکار کنند و امکان پیشبینی تغییرات ژنتیکی که این ساختار سهبعدی را بازشکل میدهند، فراهم سازند. ادامهٔ اینگونه کاوشها میتواند بینشهای کلیدی برای دانشمندان و بالینیها در زمینهٔ اختلالات ژنتیکی بهدست آورد.
جزئیات انتشار
Job Dekker et al, نگرشی یکپارچه به ساختار و عملکرد نوکلئوم چهاربعدی انسانی، Nature (2025). DOI: 10.1038/s41586-025-09890-3
Elzo de Wit, نقشههای سیستماتیک نشان میدهند که کروموزومهای انسانی چگونه سازماندهی میشوند، Nature (2025). DOI: 10.1038/d41586-025-03808-9
اطلاعات مجله: Nature
مفاهیم کلیدی
فرآیندهای زیست‑مولکولی و زیرسلولی ژنومها
© 2025 Science X Network
منبع: دانشمندان بیش از 140,000 حلقه DNA را برای نقشهبرداری از کروموزومهای انسانی در هسته سلول ترسیم کردند (2025، 22 دسامبر) دریافت 29 ژانویه 2026 از https://phys.org/news/2025-12-scientists-dna-loops-human-chromosomes.html