يشكل تعقيد وديناميكية بنية الكروماتين تحديًا كبيرًا للعلماء المهتمين بدراسة كيفية التحكم في التعبير الجيني. وهنا يأتي دور أداة بحثية مبتكرة في مجال علوم الحياة: الملقط البصري. تتيح هذه التقنية استخدام أشعة الليزر لممارسة قوى ميكانيكية على الجزيئات الفردية.
تلقي الأبحاث التي أجريت في كلية الأحياء في التخنيون الضوء على ديناميكيات جزيء الكروماتين - المركب الذي يحتوي على الحمض النووي والبروتينات المرتبطة به - ودوره في التحكم في التعبير الجيني. أجرى البحث، الذي نشر في مجلة Nature Communications، طالب الدكتوراه سيرجي رودنيتسكي بتوجيه من البروفيسورين أرييل كابلان وفيليبا ميلاميد.
تحدد المعلومات الوراثية المشفرة في الحمض النووي كيفية تطور الكائن الحي وتأثيره على مسار حياته في الصحة والمرض. ومع ذلك، لا يوجد الحمض النووي في الكائن الحي كوحدة معزولة؛ إنه يشكل بنية معقدة مع الهستونات - بروتينات ذات شحنة موجبة، يلتف حولها الحمض النووي كنوع من الحلزون. هذا الهيكل المعقد، النيوكليوزوم، هو لبنة البناء الأساسية التي تشكل الكروماتين.
إن تغليف الحمض النووي في الجسيم النووي يحمي الحمض النووي من المخاطر المختلفة ويخلق "مدخرات مكانية"، لأنه يقلل من حجم جزيء الحمض النووي 10,000 مرة. ومع ذلك، فإن نفس الاكتناز الذي تطور أثناء التطور له ثمن: فهو يقلل من إمكانية وصول الحمض النووي إلى الأنظمة المطلوبة لقراءة "تعليمات التشغيل" المشفرة فيه. ولهذا السبب فإن الكروماتين، والطريقة التي يحزم بها مناطق مختلفة من الحمض النووي، لها تأثير كبير على درجة التعبير الجيني لكل جين في الحمض النووي.
يشكل تعقيد وديناميكية بنية الكروماتين تحديًا كبيرًا للعلماء المهتمين بدراسة كيفية التحكم في التعبير الجيني. وهنا يأتي دور أداة بحثية مبتكرة في مجال علوم الحياة: الملقط البصري. تتيح هذه التقنية استخدام أشعة الليزر لممارسة قوى ميكانيكية على الجزيئات الفردية.
يوضح البروفيسور كابلان: "لقد تمت دراسة تأثير بنية الكروماتين على التعبير الجيني لسنوات عديدة باستخدام طرق مختلفة، ولكن في معظم الحالات تمت دراسته على أنه "مجموعة من الجزيئات" وليس على مستوى الجزيء الفردي". والآن، باستخدام تقنية الملقط البصري، أصبحنا قادرين على "فصل" جزيء كروماتين واحد ودراسة خصائصه ودوره في التحكم في التعبير الجيني."
واكتشف الباحثون، الذين ركزوا على هيستون يسمى H2A.Z، أن النيوكليوسومات التي تحتوي عليه تتميز بانخفاض الثبات والحركة العالية على جزيء الحمض النووي. وتبين أن نفس الديناميكية تلعب دورًا مهمًا في التحكم في التعبير الجيني وهي آلية تحكم لم تكن معروفة حتى الآن. "في الواقع، فإن النيوكليوسومات القريبة من نهاية الجين هي الخط الأول للتحكم في التعبير، وفهمها يلقي الضوء على كيفية التحكم في الجينات في خلايا مختلفة وفي مواقف مختلفة. قمنا في هذه الدراسة بدراسة الهستون H2A.Z وعلاقته بجينتين مرتبطتين بالجهاز التناسلي، وبالتالي فإن نتائج الدراسة تساهم في فهم آليات الخصوبة؛ ومع ذلك، فإن مضامين البحث أوسع بكثير نظراً لأهمية التحكم في التعبير الجيني في عمليات النمو وتطور الأمراض المختلفة".
