الجين الذي اتبعه الباحثون هو جين التحكم الذي عندما يحدث خطأ في نشاط النسخ تصبح الخلية سرطانية، وبذلك اكتسبوا رؤى جديدة حول العمليات المتعلقة بتعطيل السيطرة في الخلايا السرطانية.
حقق فريق من الباحثين من عدة أقسام في جامعة بار إيلان من مدينة بار إيلان طفرة في القدرة على ملاحظة نشاط جين واحد (أليل) داخل الخلية الحية. تنشر مجلة Nature Methods الدراسة على الإنترنت اليوم.
أجرى البحث طالبة الدكتوراه شارون يونغر في مختبر الدكتور يارون شيفتال من كلية علوم الحياة، بالتعاون مع الدكتور يوفال جرويني وطالبة الدكتوراه ليات التمان في قسم الفيزياء في بار إيلان. جميع الباحثين من كلا المجموعتين ينتمون أيضًا إلى مركز تكنولوجيا النانو في جامعة بار إيلان.
"هذه هي المرة الأولى التي يمكن فيها رؤية نشاط جين واحد داخل الخلايا البشرية في الوقت الحقيقي ومتابعته على مدى فترة طويلة من الزمن. ومن خلال مراقبة عملية نسخ التعليمات من الجينوم إلى الحمض النووي الريبوزي (RNA) لغرض تكوين البروتين الذي يكون هذا الجين مسؤولاً عنه، سيكون من الممكن فهم آلية التحكم في الجينات." يقول الدكتور شيف طال.
وفقا للدكتور شيفتال، من أجل مراقبة نشاط الجين - سواء "يعمل" أو "ينطفئ"، أي ما إذا كان ينتج الحمض النووي الريبي (RNA) المسؤول عنه أم لا، فمن الضروري إرفاق علامة الفلورسنت به. منتجات الجينات. والخلايا التي تجرى فيها هذه التجارب هي خلايا أنتجتها شركة تجارية حرصت على أن يكون للجينوم الخاص بها مكان لاستقبال الجينات التي تأتي من الخارج. يتعين على الباحثين "إطلاق" الجينات المطلوبة داخل هذه الخلايا، والتي يتم ربطها بالعلامة التي ستمكن من التعرف على جزيئات الحمض النووي الريبي (RNA) باستخدام المجهر الفلوري، وبالتالي سيكون من الممكن مراقبة نشاطها داخل الخلية. مشكلة الطريقة الموجودة حتى الآن هي أن الجين يدخل الموقع المستهدف داخل الخلية ليس كنسخة واحدة بل بمئات النسخ، وعندها فقط يمكن ملاحظة النشاط، لكن هذا ليس بالضرورة النشاط الطبيعي الذي يحدث في الخلية الطبيعية، حيث أن الجينات توجد في الجينوم كنسخ مفردة.
إن التعاون بين المجموعتين - من علوم الحياة والفيزياء - جعل من الممكن تطوير الطريقة التي تسمح بمراقبة الجين نفسه في حالته النشطة وجميع جزيئات الحمض النووي الريبي (RNA) التي تم إنشاؤها منه. يتيح عرض الجين الفردي للعلماء تمييز التفاصيل الدقيقة، مثل متى يكون الجين قيد التشغيل ومتى يكون متوقفًا عن العمل، دون أن تؤدي مئات النسخ الأخرى منه إلى تعطيل الرؤية. من الممكن أيضًا تحديد عدد جزيئات الحمض النووي الريبي (RNA) التي تم إنشاؤها في هذه العملية، بينما عندما تكون مئات النسخ من الجين نشطة، فمن المستحيل معرفة عددها الذي تم إنتاجه بواسطة جين واحد.
لكن الباحثين لم يكتفوا بمجرد تطوير الطريقة وسعوا إلى استخلاص فائدة علمية من اختبارها على جين مهم أيضا. ولذلك، قاموا بفحص سلوك الجين cyclin D1، الذي تتمثل وظيفته في التحكم في مسار دورة الخلية. في العديد من الخلايا السرطانية، بما في ذلك سرطان الثدي الشائع، فقد هذا الجين السيطرة عليه ويعمل دون توقف بدلاً من تشغيله وإيقافه عندما تحتاج إليه الجينات الأخرى التي تزوره.
وحقن الباحثون خلايا حية مأخوذة من شخص يحمل نسختين من الجين. أحد الإصدارات يكون طبيعيًا، أي يكون فيه "مفتاح" الجين (مكون الجين الذي يتسبب في تشغيل الجين أو إيقاف تشغيله) طبيعيًا، والآخر الذي تم فيه استبدال المفتاح الأصلي بمفتاح من الجين الفيروسي، الذي يحرص على التعبير عن نفسه طوال الوقت، وبالتالي فهو يعمل فعليًا مثل الجين cyclin D1 في الخلية السرطانية. ولاحظ الباحثون نشاط الجينات في كلا النوعين من الخلايا. أصبح من الواضح من الملاحظات أنه في حين أن الجين في الخلية الطبيعية يتم تشغيله أو إيقافه بالتناوب، فإن الجين في الخلية السرطانية ينتج الحمض النووي الريبي (RNA) باستمرار بكميات عالية. ووجد الباحثون أن السبب في ذلك يكمن في حقيقة أن المفتاح الفيروسي يقوم في كثير من الأحيان بتجنيد إنزيم بوليميراز الحمض النووي الريبي الذي ينتج جزيئات الحمض النووي الريبي. من ناحية أخرى، في الحالة الطبيعية، يتحكم تبديل الجين في عدد الإنزيمات التي يمكنها المرور عبر الجين وإنشاء الحمض النووي الريبي (RNA). إذا كان الأمر كذلك، ففي حالة الإفراط في التعبير عن الحمض النووي الريبوزي (RNA)، يوجد أيضًا الإفراط في التعبير عن البروتين وبالتالي تسوء العمليات الأخرى في الخلية في التفاعل المتسلسل.
وأحيانًا توجد في العلوم أيضًا مكافآت غير متوقعة. ولاحظ شيفتال وفريقه أن هذه الجينات تنشط أيضًا في مرحلة تكرار الحمض النووي قبل انقسام الخلايا. وفي بعض الخلايا، تلك الموجودة في مرحلة ما قبل الانقسام، تم العثور على نسختين من الجين. كان شيفتال وموظفوه مهتمين بمسألة ما إذا كان كل جين في هذه المرحلة ينتج كمية ثابتة من الحمض النووي الريبي (RNA) ومن ثم توجد في الواقع كمية مضاعفة من المادة في الخلية. اتضح لا. تنتج كل نسخة من الجين في هذه المرحلة نصف الكمية الطبيعية من الحمض النووي الريبي (RNA)، وبالتالي يشكل كلاهما معًا الكمية الثابتة. بمعنى آخر، تمكن الباحثون من اكتساب فهم أساسي جديد لعملية النسخ قبل انقسام الخلية مباشرة.
وفقا للدكتور شيفتال، باستخدام هذه الطريقة الجديدة سيكون من الممكن في المستقبل التحقق بدقة عالية من عمليات التحكم الموجودة في الجينات المختلفة وفهم أهمية مناطق التحكم في الجين في الحالات المرضية المختلفة.
