אחת התגליות המרתקות ביותר בביולוגיה היא שלתאים יש מנגנונים לוויסות דינמי של ביטוי גנטי. היכולת הזו לקדם או להגביל את השעתוק של גנים ספציפיים מבלי לשנות את רצפי ה-DNA עצמם חיונית לכל צורות החיים, מאורגניזמים חד-תאיים ועד לצמחים ולמיני בעלי החיים המורכבים ביותר.
בעוד ההבנה שלנו של אלה שנקרא אפיגנטי המנגנונים רחוקים מלהיות שלמים, התקדמות יוצאת דופן נעשתה בתחום זה עם הבנת תפקידו של ה- Polycomb Repressive Complex 2 (PRC2). PRC2 הוא חלבון שבצמחים רבים נקשר לרצפי DNA ספציפיים הנקראים אלמנטים של תגובה פוליקומית (PREs) ומחיל סימן כימי על היסטונים קרובים (התמיכה המבנית של ה-DNA בגרעין). השינוי הכימי הזה המכונה "טרימתילציה של H3K27 (H3K27me3)" מונע מגנים קרובים להפוך ל-RNA, ובתמורה לחלבונים, ומשתיק אותם ביעילות. עם זאת, למרות הידע הזה, מדענים עדיין לא הבינו כיצד ניתן להפעיל מחדש גנים שהושתקו על ידי PRC2.
במחקר שפורסם לאחרונה ב eLifeצוות מחקר ממכון נארה למדע וטכנולוגיה (NAIST) ביפן ביקש למצוא תשובות לחידה הזו. בראשותו של נובוטושי יאמאגוצ'י, הצוות ערך ניסויים נרחבים על מהונדסים גנטית Arabidopsis thaliana צמחים, חושפים חלקים מרכזיים של התזמורת האפיגנטית המורכבת שמתקיימת בתוך אורגניזמים אלה ורבים אחרים.
החוקרים התמקדו בעיקר ב-Set Domain-containing Protein 7 (SDG7), הידוע כמווסת את המתילציה של חלבונים בציטוזול התא (נוזל תוך תאי). ניסויים ראשוניים גילו ש-SDG7 קיים גם בגרעין התא, מה שגרם לצוות לחקור עוד.
לאחר סדרה נרחבת של ניתוחים ומדידות על מוטנטים א.תאליאנה בתרבויות, החוקרים חשפו תפקיד חדש עבור SDG7. מסתבר שהחלבון הזה נקשר גם ל-PRE, שמתחרה ב-PRC2. יתר על כן, SDG7 יכול למעשה לעקור את PRC2, ולמנוע ממנו לעזוב את סימן H3K27me3. נוסף על כך, SDG7 מוסיף סימן היסטון פעיל בעצמו באמצעות מתילציה של H3K36. לאחר מתילציה של H3K36, צמד החלבונים SDG8 ו- Polymerase Associated Factor 1 (PAF1) הפיצו את הסימן הפעיל הזה על פני גוף הגן, וכתוצאה מכך הפעלת גנים יעילה.
במובן מסוים, אתרי ההיסטונים H3K27 ו-H3K36 יכולים להתפרש כ"מתג" שיכול להפעיל ולכבות באופן דינמי את הביטוי של גנים ספציפיים.
מעבר מולקולרי אנטגוניסטי פשוט ואלגנטי זה בין מתילציה של H3K27 ו-H3K36 מתאים באופן אידיאלי לתכנות מחדש אפיגנטי במהלך פיתוח הצמח. מאז המעבר בין מתילציה של H3K27 ו-H3K36 נראתה בצמחים פורחים רבים, המנגנון התחרותי בין SDGs ו-PRC2 ב-PREs עשוי להישמר על פני מיני צמחים רבים במהלך לשליטה בפיתוח."
נובוטושי יאמאגוצ'י, מכון נארה למדע וטכנולוגיה
מחקר זה שופך אור על המנגנונים האפיגנטיים המורכבים שעליהם אינספור מינים של צמחים ובעלי חיים עשויים להסתמך, ועשויים לסלול את הדרך לפריצות דרך עתידיות בתחומי החקלאות, הגננות והחקלאות. "אנו מאמינים שהממצאים שלנו יהיו בעלי עניין כללי רחב לביולוגים ואפיגנטיקאים של צמחים, לאור התפקיד הנרחב של ויסות אפיגנטי בביטוי גנים במהלך התפתחות ותגובות סביבתיות", מסכם יאמאגוצ'י.
