ביטוי גנים, בו התאים משתמשים במידע הגנטי המקודד ב- DNA כדי לייצר חלבונים, נחשב כאור עמום יותר.
כמה גן מסוים מתבטא ללא הרף עולה ונופל, תלוי בצרכי התא בכל זמן נתון. זה כמו להתאים את תאורת החדר עד שהוא בדיוק מתאים למצב הרוח שלך.
אולם אוניברסיטה בחוקרי באפלו הראו כי חלק ניכר של כ -20,000 הגנים של האדם מבטאים יותר כמו מתג האור הסטנדרטי שלך – באופן מלא או כבוי.
הצוות זיהה כמעט 500 מהגנים "דמויי המתג", שהביטוי שלהם גבוה מאוד או נמוך מאוד, על ידי ניתוח הגנים של מעל 900 אנשים ובכל 27 סוגים שונים של רקמות. המחקר, המתואר במחקר שפורסם ביום חמישי (18 ביוני) ב- Nature Communications, הוא הניתוח השיטתי הראשון של גנים דמויי מתגים ברקמות מרובות.
בסופו של דבר זה מצביע על הורמונים, וריאציה גנטית וסמנים אפיגנטיים כמקורות פוטנציאליים לביטוי דמוי מתג זה.
ההבנה מדוע אנו נבדלים זה מזה, מקורות המגוון האנושי, היא אחת השאלות הבסיסיות בגנטיקה אנושית ואנתרופולוגיה. המחקר שלנו מספק תשובות חדשות. "
עומר גוקומן, דוקטורט, הסופר התואם משותף של המחקר, פרופסור במחלקה למדעי הביולוגיה של UB, במכללה לאמנויות ומדעים
המחקר גם מקשר בין חלק מהגנים דמויי המתג למגוון מחלות ומחלות, כמו עקרות, פגיעה בתגובה החיסונית לקוביד -19, ואולי באופן משמעותי ביותר, ניוון הנרתיק, מצב שחווה בדרך כלל על ידי נשים לאחר גיל המעבר.
"אנו מאמינים כי גנים דמויי מתגים יכולים לשמש יום אחד לאבחון ואולי אפילו לטפל במחלות", אומר גוקומן. "בסופו של דבר, כל אחד מאיתנו מורכב ממרכיבים מולקולריים המיוצרים מהגנים שלנו, ובריאותנו קשורה ישירות לשילוב המדויק והרעוע של המרכיבים הללו. הכינו יותר מדי או מעט מדי, וייתכן שיש לכם מחלות."
מציאת גנים דמויי מתגים – עם מתמטיקה
הזמינות האחרונה של נתוני רצף RNA ברמת האוכלוסייה מבני אדם אפשרה לזהות באופן שיטתי גנים דמויי מתג מגנים דמויי דימר. עם זאת, הצוות לא התכוון במקור ללמוד גנים דמויי מתג.
הפרויקט החל כמחקר לתארים מתקדמים בפיקוח על ידי הסופר הנוסף לתאם משותף של המחקר, נאוקי מסודה, דוקטורט, פרופסור במחלקה למתמטיקה. המטרה הייתה ליישם ניתוח רשת רב שכבתי על גנים כדי לבחון כיצד מתואמים איברים אנושיים שונים כרשת.
רס"ן בכיר במתמטיקה, יניאן לי, המחבר הראשון של המחקר, בעזרת רס"ן בכיר במתמטיקה, ז'יליאנג וואנג, ביצע תחילה ניתוח זה לא שגרתי במקצת, אך זיהה במפתיע גנים רבים דמויי מתג בנתונים.
"473 הגנים דמויי המתג שזוהו בלטו במערך הנתונים מכיוון שהם צייתו להפיצות בימודליות כביכול", אומרת מסודה. "בעוד לגן טיפוסי דמוי דימר יש התפלגות לא-מודאלית, לגן דמוי מתג יש שני פסגות מובחנות, המתאימות לכיבוי וכבה."
מסודה וגוקומן העבירו אז את המיקוד של הפרויקט לגנים דמויי מעבר, מכיוון שהם נראו חלק מרכזי בשונות הביטוי בקרב בני אדם.
גנים דמויי מתג הקשורים למחלות
לאחר מכן הצוות חיפש תרומה אפשרית של גנים דמויי מתג למחלות. הם מצאו קישורים מדהימים covid-19, סרטן שד, עקרות גברים, כשל בהשתלה וקשר חזק מאוד עם ניוון הנרתיק.
"חקירות עתידיות יכולות לגלות האם כיצד התנגדות למתגים גנטיים אלה משפיעה על מחלות אנושיות באופן כללי ומספקת כלים אבחוניים וטיפוליים חדשים", אומר המחבר הראשון של המחקר, אלבר אקיל, סטודנט לתואר שלישי במעבדה של גוקומן.
רוב הגנים דמויי המתג שבאו לידי ביטוי רק בצורה דמוית מתג בתוך סוג יחיד של רקמה. רק אחוז קטן מהגנים דמויי המתג היו דמויי מתג אוניברסליים בכל הרקמות שנבדקו.
החוקרים מציעים כי הורמונים יניעו מיתוג ספציפי לרקמות, ואילו מיתוג אוניברסלי מונע על ידי ה- DNA של האדם.
"הורמונים ו- DNA הם שני גורמים חזקים שיכולים לדחוף גן להיות דמוי מתג", אומר אקיל. "בדרך כלל, הרבה גורמים קטנים דוחפים גן, וגורמים לפעילותו להשתנות, כמו דימר, אך נראה כי גנים דמויי מתג נשלטים על ידי אחד או סתם כמה גורמים שיש להם השפעות גדולות."
סופרים אחרים כוללים את מארי סאיטו, לשעבר עמית פוסט -דוקטורט במעבדה של גוקומן וכיום פרופסור עוזר באוניברסיטת נורווגיה למדעי החיים בנורבגיה; הסטודנט לתואר שלישי סאולי איסלאם והסטודנטית לתארים מתקדמים לשעבר מדיסון ראסל, שניהם עבדו במעבדה של מסודה; ותאודורה קונובאק קלאק מאוניברסיטת אופסלה בשבדיה.
המחקר נתמך על ידי המכון הלאומי למדעי הרפואה הכללית, הקרן הלאומית למדע, משרד ה- UB למחקר ופיתוח כלכלי, סוכנות המדע והטכנולוגיה של יפן וחברת יפן לקידום המדע.
