دانشمندان برای اولین‌بار اتصال زیپ‌مانند دو مولکول DNA را مشاهده کردند [تماشا کنید]

دانشمندان بریتانیایی توانستند تصاویر مستقیم از سازوکار چینش DNA را ثبت کنند و یک تئوری ۲۰ ساله در همین ‌زمینه را به اثبات می‌رساند.

یون‌های فلزی چگونه به کنار هم قرار گرفتن رشته‌های DNA کمک می‌کنند؟

ماده ژنتیکی انسان و سایر جانداران در فضای کوچکی به نام هسته قرار گرفته است. البته نحوه جای‌گیری این حجم زیاد از ماده ژنتیکی در چنین فضای محدودی همواره کنجکاوی دانشمندان را برانگیخته است؛ زیرا DNA بار الکتریکی منفی دارد و نزدیک‌شدن بیش‌ازحد رشته‌های آن به یکدیگر باید نیروی دافعه ایجاد کند. بااین‌حال، درون هسته سلول‌ها خبری از چنین دافعه‌ای نیست؛ در نتیجه، پژوهشگران سال‌ها به دنبال یافتن سازوکارهایی بوده‌اند که نزدیک‌شدن رشته‌های DNA به یکدیگر را تسهیل می‌کنند.

به‌تازگی پژوهشگران دانشگاه شفیلد با همکاری محققان دانشگاه یورک بریتانیا توانسته‌اند نکات بیشتری درباره نحوه قرارگیری ماده ژنتیکی در فضای محدود هسته کشف کنند. مارپیچ‌های دوگانه DNA در کنار یکدیگر قرار می‌گیرند و برآمدگی‌های یک مارپیچ در شیارهای مارپیچ دیگر، مانند دندانه‌های یک زیپ، جای می‌گیرند.

دانشمندان حدود ۲۰ سال پیش چنین ساختاری را پیش‌بینی کرده بودند؛ اما تا امروز شواهد مستقیمی برای اثبات آن به دست نیامده بود. همچنین، مدل‌های کامپیوتری نشان داده‌اند که یون‌های مثبت چگونه می‌توانند دافعه میان رشته‌های ژنتیکی را خنثی کنند و با ایفای نقش یک پل، ساختار کلی DNA را پایدار نگه دارند.

محققان در پژوهش اخیر با استفاده از میکروسکوپ نیروی اتمی با وضوح بالا توانستند سطح مولکول‌های سازنده رشته‌های DNA را در محیط مایع تصویربرداری کنند. تصویر نهایی نشان می‌دهد که شیارهای بزرگ و کوچکی روی سطح مارپیچ‌های DNA وجود دارند که امکان متراکم‌شدن رشته‌ها در کنار یکدیگر را فراهم می‌کنند. به نظر می‌رسد یون‌های نیکل در این میان نقش مهمی ایفا می‌کنند و در کنار یون‌های منیزیم و کلسیم، به پایداری ساختار مارپیچ‌ها کمک می‌کنند. یون‌های مورد اشاره با ایجاد پل‌های یونی با بار مثبت، مانند اجزای نگهدارنده یک سازه معلق عمل می‌کنند.

شبیه‌سازی‌های کامپیوتری نشان داده‌اند که توالی DNA می‌تواند بر نوع پل‌های یونی و میزان استحکام آن‌ها تأثیر بگذارد. برای مثال، توالی GTAC تمایل زیادی به برهم‌کنش با یون‌های نیکل دارد؛ درحالی‌که یون‌های منیزیم و کلسیم نیز به پایداری این پل‌ها کمک می‌کنند. محققان معتقدند بخش‌هایی از ماده ژنتیکی آمادگی بیشتری برای اتصال به یکدیگر دارند و همین نواحی احتمالاً ظرفیت بیشتری برای شکل‌گیری توالی‌های جدید از طریق جابه‌جایی زیرواحدها فراهم می‌کنند.

مدل نهایی این پژوهش نشان می‌دهد که پل‌های یونی به‌عنوان ساختارهای نگهدارنده اولیه عمل می‌کنند؛ درحالی‌که توالی‌های خاص DNA با قابلیت اتصال به نواحی مکمل، در شکل‌دهی کلی‌تر ساختار ماده ژنتیکی نقش دارند. البته تمامی این موارد در محیط کنترل‌شده آزمایشگاهی مشاهده شده‌اند و درون سلول، پروتئین‌های دیگری نیز وجود دارند که بر نحوه سازمان‌دهی ماده ژنتیکی تأثیر می‌گذارند. نتایج این پژوهش و تحقیقات مشابه ممکن است در شناسایی سازوکارهای دخیل در بروز برخی سرطان‌ها اهمیت ویژه‌ای داشته باشند.