كشف باحثون من جامعة تل أبيب عن قوانين تحدد الوراثة اللاجينية بخلاف الحمض النووي

أراد الباحثون معرفة سبب اختفاء الوراثة اللاجينية بعد عدة أجيال. لقد اكتشفوا طريقة لإعادة ضبط المؤقت والتغلب على آلية النسيان للاستجابات اللاجينية الموروثة 

الدكتور عوديد رافافي محرر الدراسة: نتائج الدراسة قد تؤدي إلى إعادة النظر في عملية الميراث برمتها

تم نشر الدراسة في نهاية هذا الأسبوع في مجلة الخلية المرموقة

كشف باحثون من جامعة تل أبيب عن القوانين التي تملي الوراثة اللاجينية، أي الوراثة التي لا تكون عن طريق التغيرات في تسلسل الحمض النووي، عبر الأجيال. الدراسة، التي نُشرت نهاية هذا الأسبوع في مجلة Cell المهمة، أشرف عليها الدكتور عوديد رافافي من قسم علم الأعصاب في كلية علوم الحياة وكلية سيغول لعلم الأعصاب في جامعة تل أبيب، مع طالبته ليا خوري- زافي.
"تتفاعل الكائنات الحية مع بيئتها من خلال التغيرات اللاجينية،" يوضح الدكتور رافافي، "أي التغييرات التي ليست تغييرات في تسلسل الحمض النووي نفسه. على عكس التغيرات الجينية، التي هي تغييرات دائمة، فإن التغيرات اللاجينية هي تغيرات بلاستيكية وديناميكية. وهكذا، على سبيل المثال، استجابة للتحديات البيئية، يمكن لجزيئات تسمى الحمض النووي الريبوزي الصغير (RNA) الصغير أن تمنع التعبير عن جينات معينة في الحمض النووي أثناء حياة الكائن الحي الفردي. يتم حذف معظم هذه الاستجابات اللاجينية في الخلايا الجرثومية، في عملية تسمى إعادة البرمجة. وبسبب هذا الحذف للذاكرة اللاجينية، فإن تدريبنا في صالة الألعاب الرياضية اليوم لن يجعل أطفالنا أقوى".
قبل داروين بخمسين عامًا، صاغ جان بابتيست لامارك وصفًا للتطور يمكن بموجبه نقل الاستجابات للبيئة من جيل إلى جيل، لكنه فشل في تحديد الآلية، من بين أمور أخرى، لأنه تجاهل نفس إعادة البرمجة في الخلايا الجرثومية. واعتقد لامارك خطأً أن الزرافات لديها أعناق طويلة لأن أسلافها مدوا أعناقهم للوصول إلى الأوراق الطويلة، وهي الجهود التي أثمرت في النسل المولود بأعناق أطول. وعلى الرغم من ثبوت خطأ هذه النظرة التبسيطية، فإن الاكتشافات الجديدة في السنوات الأخيرة تشير إلى وجود الوراثة اللاجينية، ويتم بوساطة انتقال جزيئات الحمض النووي الريبي (RNA) الصغيرة من جيل إلى جيل.
وقد أثبت مختبر الدكتور ربيع سابقًا أن الديدان تنقل جزيئات الحمض النووي الريبوزي (RNA) الصغيرة إلى نسلها، والتي تحتوي على معلومات حول بيئة الوالدين وبالتالي تساعد الجيل القادم على البقاء. ورثت الديدان الموجودة في مختبر الدكتور رافي معلومات عن الإصابة بالفيروسات والحالة التغذوية لوالديها. كان فريق الدكتور رافي أيضًا أول من أظهر أن إنزيمات محددة، تسمى RdRPs، تمكن من نسخ وتضخيم جزيئات الحمض النووي الريبي الصغيرة التي تنتقل من جيل إلى جيل، بحيث لا يتم "نسيان" الاستجابة اللاجينية عبر الأجيال. ولكنه يستيقظ من جديد مرارًا وتكرارًا بفضل هذه الإنزيمات.
ومع ذلك، لم يكن من المعروف حتى الآن سبب وراثة معظم الاستجابات اللاجينية في عدد صغير من الأجيال، عادة من ثلاثة إلى خمسة أجيال - وهو عنق الزجاجة للوراثة اللاجينية. كان من المفترض أن الاستجابات اللاجينية قد تم تدميرها بمرور الوقت، في عملية التخفيف. ولم يأخذ هذا الافتراض في الاعتبار إمكانية التحكم في العملية اللاجينية أيضًا. على نحو مماثل، إلى أن أدرك المجتمع العلمي العمل الرائد الذي قام به الراهب جريجور مندل في بداية القرن العشرين، كان هذا التخفيف من السمات الأبوية هو التفسير المقبول، وغير الصحيح، للوراثة الجينية. وفي دراستهم الجديدة، أثبت الدكتور رافافي وفريقه أن هناك قوانين تملي أي التفاعلات اللاجينية التي سيتم "تذكرها" وأيها سيتم "نسيانها" من قبل النسل - ولعدة أجيال.
تقول ليا خوري زافي، طالبة من مختبر الدكتور رحابي وشريكة في البحث الجديد: "لقد اكتشفنا عملية نشطة، وهي آلية وراثة فوق جينية يمكن تشغيلها وإيقافها". "نحن نصف عملية التغذية المرتدة بين جزيئات الحمض النووي الريبي الصغيرة، التي تنظم التعبير الجيني والموروثة، وتلك الجينات المطلوبة لإنتاج ونقل الحمض النووي الريبي الصغير بين الأجيال. تحدد هذه التغذية الراجعة متى سيتم توريث الذاكرة اللاجينية ومتى لن يتم توريثها، وعدد الأجيال التي سيتم توريثها. بمجرد عزل الجينات ذات الصلة، الجينات التي أطلقنا عليها جينات MOTEK (جينات الحركية اللاجينية المعدلة عبر الأجيال)، يمكننا في الواقع التدخل في تحديد مدة الميراث اللاجيني.
إعادة ضبط ساعة الإيقاف
اكتشف الباحثون أنه عند بدء تفاعل جيني معين بشكل مصطنع في الديدان، أي التحكم في عمل جين معين، تتم إعادة ضبط "ساعة الإيقاف" لآلية الوراثة اللاجينية بشكل أساسي، بحيث لا يتم نسيان التفاعلات اللاجينية الموروثة ثلاثة أعوام. بعد خمسة أجيال. ومن خلال التنشيط المتكرر لهذه الآلية، ومن خلال الهندسة الوراثية لمجموعة جينات MOTEK، تمكن الباحثون من مضاعفة عدد الأجيال المتأثرة بالاستجابة اللاجينية لآبائهم.
الآن يعتزم فريق الدكتور رافافي دراسة آليات الوراثة اللاجينية في الأنواع الأخرى أيضًا. يوضح الدكتور رحابي: «من الممكن أن تنظم قوانين مماثلة الوراثة اللاجينية لدى البشر أيضًا، لكن الوقت سيحدد ما إذا كانت هذه هي نفس الآليات التي حددناها في الديدان. إذا كان الأمر كذلك، فهذا يعني إعادة النظر في عملية الميراث بأكملها. على سبيل المثال، قد يكون التشخيص الجيني للمجموعات المعرضة للخطر لمختلف الأمراض يجب أن يشمل ليس فقط التحليل الجينومي، أي تسلسل الحمض النووي، ولكن أيضًا تحليل جزيئات الحمض النووي الريبي (RNA) المصرح بها. ستكون هذه أخبارًا جيدة، لأنه لدينا بالفعل أدلة من الأبحاث الحالية حول الطرق التي يمكن من خلالها تثبيط وتحفيز الميراث اللاجيني عبر الأجيال.