ما يمكن تعلمه من مسح التفاصيل الصغيرة في الصحاري الوراثية الشاسعة

تسمى التسلسلات الطويلة للحمض النووي، والتي تسمى "صحاري الجينات"، لأنها لا تحتوي على جينات تشفر المعلومات اللازمة لإنتاج البروتينات؛ ولكن في الواقع، فهي ليست قاحلة. تعمل بعض تسلسلات الحمض النووي هذه بمثابة "مضخمات" - وهي أجزاء من التعليمات البرمجية التي تعمل على تضخيم النشاط الجيني

يبدأ السرطان في الجينات. عندما يتم التعبير عن جينات معينة أكثر من اللازم أو أقل من اللازم، فإن آليات التحكم في الخلايا في عمليات النمو والتكاثر والموت تتعطل، مما يؤدي في كثير من الحالات إلى تطور السرطان. لكن في معظم الحالات، لم تنجح محاولات العديد من العلماء، في أنحاء مختلفة من العالم، لتحديد علامات وراثية محددة للميل إلى الإصابة بالسرطان.

يقول الدكتور عاموس تاناي، من قسم علوم الكمبيوتر والرياضيات التطبيقية في معهد وايزمان للعلوم: «من الممكن أن يكون عدم النجاح في هذا المجال يرجع إلى حقيقة أن مجالات البحث كانت محدودة ببساطة و ضيقة جدًا." قاد هذا التصور الدكتور تاناي، بالتعاون مع فريق متعدد التخصصات من علماء الرياضيات وعلماء الوراثة من ثلاث مجموعات بحثية، إلى إجراء بحث مكثف عن علامات سرطان البروستاتا في "صحراء الجينات" الكبيرة. وباستخدام أساليب مبتكرة وقوية، قاموا بمسح أجزاء كبيرة من الجينوم البشري، بحثًا عن تغييرات صغيرة يمكن أن تزيد من خطر الإصابة بالسرطان. إن تحديد موقع وطبيعة هذه التغييرات الصغيرة قد يؤدي إلى زيادة كبيرة في "بنك الأهداف" الذي يمكن توجيه الأدوية المضادة للسرطان التي سيتم تطويرها في المستقبل إليها. تم نشر هذه النتائج مؤخرًا في المجلة الإلكترونية PLoS Genetics.

تسمى التسلسلات الطويلة للحمض النووي، والتي تسمى "صحاري الجينات"، لأنها لا تحتوي على جينات تشفر المعلومات اللازمة لإنتاج البروتينات؛ ولكن في الواقع، فهي ليست قاحلة. تشكل الجينات التي ترمز للبروتينات جزءًا صغيرًا فقط من الحمض النووي للجينوم البشري. معظم القطع الجينية التي لا ترمز للبروتينات، وتعيش في "صحاري الجينات"، تؤثر على عمل جيرانها، الجينات التي ترمز للبروتينات، وتنتقدها. وهكذا، على سبيل المثال، قبل بضع سنوات، أصبح من الواضح أن إحدى هذه "الصحارى"، الموجودة على الكروموسوم الثامن، والتي تسمى 8q24، تشارك في تطور السرطان. وهو عبارة عن تسلسل جيني يبلغ طوله حوالي 500,000 قاعدة ("حروف" الشفرة الوراثية). وفي الوقت الذي تم فيه هذا الاكتشاف، لم يكن لدى العلماء أدوات يمكنها مسح مثل هذا الكم من المعلومات. يقول الدكتور تاناي: «لكن الثورة الجديدة في تكنولوجيا فك رموز التسلسلات الجينية أتاحت لنا دراسة تسلسل كبير في تجربة واحدة، والتركيز على المتغيرات الجينية المرتبطة بالسرطان».

بالتعاون مع طلاب الأبحاث جلعاد لاندان ورام إسحاق من معهد وايزمان للعلوم، وجيرهارد كوتشي ولي جيا من جامعة جنوب كاليفورنيا، وماثيو فريدمان من جامعة هارفارد وآخرين، استخدم الدكتور تاناي تقنيات متقدمة وسريعة لقياس نشاط البروتين على الحمض النووي بهدف رسم خريطة لجزء من الكروموسوم الثامن، يمتد على عدة ملايين من القواعد. وتم تحليل نتائج المسح الجينومي باستخدام أساليب رياضية مبتكرة، مما سمح للباحثين بتكثيف ملايين القياسات التي تم جمعها في التجربة في "خريطة جينية"، تم فيها تلوين أقسام مختلفة من التسلسل الجينومي بألوان مختلفة - اعتمادا على هوية البروتينات التي تعمل عليها.

قادت الخريطة الباحثين إلى تحديد "النقاط الساخنة" - وهي المناطق التي لا تكون فيها تسلسلات الحمض النووي مطوية ولكنها "مفتوحة"، وبالتالي يمكن الوصول إليها للنشاط. وفي وقت لاحق، في المختبر، ركزوا على هذه النقاط الساخنة، وعزلوا التسلسلات الجينية المشتبه بها، وأدخلوها -باستخدام تقنيات الهندسة الوراثية- في الخلايا، بهدف فحص الطريقة التي ستؤثر بها على وظيفتها. بعض تسلسلات الحمض النووي هذه ستعمل بمثابة "مضخمات" - أجزاء من التعليمات البرمجية التي تعمل على تضخيم النشاط الجيني. وقد وجد أن كثافة نشاط تسلسلات مكبر الصوت لدى مرضى السرطان أكبر بعدة مرات من تسلسلات مكبر الصوت لدى الأشخاص الأصحاء - على الرغم من أن التغيير في تسلسل الحمض النووي نفسه كان يقتصر على حرف واحد فقط. وهكذا تمكن العلماء من تقليص قائمة التغيرات الجينية التي يشتبه في أنها تسبب السرطان من عدة آلاف إلى بضعة آلاف.

وهنا ينشأ السؤال: كيف يمكن للتغير في نيوكليوتيد واحد (من بين ما يقرب من 500,000 "حرف" يشكل التسلسل) أن يسبب السرطان؟ وما هو الجين أو الجينات التي تزيد نشاطها بالضبط تحت تأثير المتغيرات المشتبه بها للمعززات الجينية المحددة؟ يمكن العثور على الإجابة فيما وراء حافة صحراء الجينات 8q24 بقليل، في جين يسمى Myc. ويرتبط زيادة نشاط هذا الجين بأنواع عديدة من السرطان، لذلك يفترض العلماء أن الجين المتأثر بالمضخم هو الذي حدثت فيه التغييرات التي تم تحديدها وتحديدها.

إن الجين المشتبه به (Myc) هو في الواقع أقرب الجين المجاور للأجزاء التي يوجد بها المضخم الجيني، ولكن المسافة المادية الفعلية بينهما كبيرة جدًا. ويعتقد العلماء أنه على الرغم من هذه المسافة، فإن الجين والمضخم يحافظان على اتصال مباشر بينهما. تعتمد هذه النظرية على الطريقة التي يطوي بها الحمض النووي ويلتف ليشكل حزمة محكمة. ويعتقد العلماء أن هذه اللفات الكثيفة تسمح بالاتصال الجسدي بين القطعتين اللتين تكون مواقعهما على طول السلسلة متباعدة عن بعضها البعض. وقد لوحظت مؤخراً ظاهرة مماثلة في شريحة أخرى من 8q24، لذلك يعتقد العلماء أنها قد تكون ظاهرة شائعة تسمح للشرائح الموجودة في قلب "الصحراء الوراثية" بالتأثير على الجينات التي ترمز للبروتينات الموجودة في أماكن بعيدة. منهم. الدكتور تاناي: "لقد اعتدنا على التفكير في الشفرة الوراثية كنوع من الكتب الضخمة التي يتم ترقيم "صفحاتها" (الجينات) بشكل تسلسلي، ولكنها في الواقع أشبه بالسباغيتي - أو الإنترنت، الذي لديه روابط من كل مكان إلى كل مكان. والآن بدأنا في كشف هذا التشابك وارتباطه بالسرطان، وتشير النتائج التي توصلنا إليها، كما نأمل، إلى اتجاهات جديدة لتطوير طرق مستقبلية للوقاية والتشخيص وعلاجات أكثر فعالية.

شخصي
ولد الدكتور عاموس تاناي في موشاف موليدات، وحصل على درجة البكالوريوس والماجستير في الرياضيات من جامعة تل أبيب. أثناء دراسته للحصول على درجة الماجستير، قاد فريق بحث قام بتطوير خوارزميات لشركة البرمجيات "Schema"، ثم أسس مع شريكه الشركة الناشئة لتطوير تكنولوجيا الشبكات الضوئية، والتي تسمى "Optivara Technologies". ". أدار قسم البحث والتطوير في هذه الشركة لمدة عامين، لكن اهتمامه بعلوم الحياة أعاده إلى جامعة تل أبيب، حيث حصل على درجة الدكتوراه في علم الأحياء الحاسوبي عام 2005. بعد قيامه بأبحاث ما بعد الدكتوراه في مركز الفيزياء والبيولوجيا درس في جامعة روكفلر، وسافر الدكتور تيناي إلى إسرائيل وانضم، في عام 2007، إلى قسم علوم الكمبيوتر والرياضيات التطبيقية في معهد وايزمان للعلوم. ويقول: "الأمر المثير في العلم هو الابتكار المستمر. يمكنك طرح أسئلة كبيرة. يمكنك العثور على إجابات لهم. لكن هذه الإجابات ستؤدي دائمًا إلى قائمة من الأسئلة الجديدة."
الدكتور تاناي متزوج من روتيم ولديه ثلاثة أطفال. في أوقات فراغه يحب عزف موسيقى الجاز على البيانو.