הצוות של פרופסור כריסטוף ניהרס במכון לביולוגיה מולקולרית (IMB) במיינץ, גרמניה, גילה ששינוי DNA הנקרא 5-formylcytosine (5fC) מתפקד כמתג אפיגנטי מפעיל שמתניע גנים בהתפתחות עוברית מוקדמת. ממצא זה מוכיח לראשונה שלחולייתנים יש יותר מסוג אחד של סימן DNA אפיגנטי ושופך אור חדש על האופן שבו גנים מוסדרים בשלבי ההתפתחות המוקדמים ביותר. הממצאים שלהם פורסמו בכתב העת תָא.
5fC הוא רק שינוי ה-DNA האפיגנטי השני המוכח מלבד מתילציטוזין
הגוף שלנו מורכב מטריליוני תאים, כולם עובדים יחד ליצירת אורגניזם מתפקד. ובכל זאת, כל אחד מאיתנו התחיל כתא ביצה מופרי בלבד. כדי להפוך לבן אדם שלם, התא הבודד הזה חייב להתרבות במהירות, וליצור את כל האיברים הנכונים במקומות הנכונים. תהליך התפתחות זה תלוי באלפי גנים שיופעלו בדיוק בזמן ובמקום הנכונים. ההפעלה/ביטול של גנים נשלטת על ידי שינויים אפיגנטיים כביכול, כלומר, קבוצות כימיות המחוברות ל-DNA ולחלבונים הקשורים אליו, הפועלים כמו רמזורים כדי להפעיל או לכבות גנים.
במשך עשרות שנים, מדענים חשבו שלחולייתנים יש רק סוג אחד של שינוי אפיגנטי ב-DNA הנקרא מתילציה של ציטוזין, שקשורה להשתקת גנים. לפני עשר שנים התגלו שלושה שינויים כימיים נוספים ב-DNA של בעלי חוליות, אך מכיוון שהם היו קיימים רק בכמויות קטנות מאוד, המדענים לא היו בטוחים אם הם סימנים אפיגנטיים פונקציונליים.
כעת, פרופסור כריסטוף ניהרס וצוותו הראו לראשונה שאחד מהשינויים הללו, 5-formylcytosine, מעורב בהפעלת גנים בהתפתחות מוקדמת. התגלית משמעותית מכיוון שהיא מוכיחה שלחולייתנים יש יותר מסוג אחד של סימן DNA אפיגנטי וחושף מנגנון חדש, שלא היה ידוע בעבר, של ויסות גנים אפיגנטי. "ממצאים אלה הם פריצת דרך אמיתית באפיגנטיקה מכיוון ש-5fC הוא רק שינוי ה-DNA האפיגנטי השני המוכח מלבד מתילציטוזין", אמר Niehrs, מייסד ומנהל מדעי של IMB, שנפתח בקמפוס של אוניברסיטת יוהנס גוטנברג מיינץ (JGU) ב-2011 .
במחקרם, המדענים בחנו את 5fC בעוברי צפרדעים. באמצעות מיקרוסקופיה וכרומטוגרפיה, הם גילו ש-5fC עולה באופן דרמטי בתחילת ההתפתחות במהלך שלב מפתח שנקרא הפעלה זיגוטית כאשר גנים רבים מופעלים.
התצפית של 5fC בנקודות זעירות הנראות מיקרוסקופיות, או כרומומרכזים, הייתה מרגשת. בהתבסס עליהם, חשדנו ש-5fC חייב לעשות משהו חשוב בהתפתחות עוברית מוקדמת."
Eleftheria Parasyraki, המחברת הראשונה של המחקר
כדי להוכיח ש-5fC הוא סימן אפיגנטי מפעיל, המדענים עשו מניפולציה גנטית של אנזימים בעובר כדי להגדיל או להקטין את כמות ה-5fC ב-DNA. הגדלת 5fC הביאה להגברת ביטוי הגנים בעוד שהפחתת 5fC הפחתה בביטוי הגנים, מה שמצביע על כך שאכן נוכחות 5fC על ה-DNA היא שמפעילה גנים. לבסוף, המדענים צפו גם ב-5fC chromocenters בעוברים של עכברים במהלך הפעלת גנים זיגוטיים. זה הצביע על כך ש-5fC כנראה פועל כסימן אפיגנטי מפעיל גם ביונקים וגם בצפרדעים.
הגילוי ש-5fC הוא מווסת אפיגנטי מפעיל על DNA מעלה שאלות רבות לגבי איך בדיוק הוא פועל ומה תפקידו מעבר להפעלה מוקדמת של הגנום הזיגוטי. בפרט, לתאים סרטניים יכולות להיות כמויות גבוהות מאוד של 5fC. מחקרים נוספים על 5fC יהיו נחוצים כדי לענות על שאלות אלו, שעשויות בסופו של דבר לעזור לנו להבין טוב יותר כיצד אנו מתפתחים וכיצד מופרע ויסות הגנים במחלה.
