עד מחצית מהגנום האנושי מורכב ממה שמכונה "גנים קופצים". רצפי DNA אלה יכולים ליצור עותקים של עצמם המוכנסים בחזרה לגנום במיקום אחר, וממלאים תפקיד פונקציונלי משמעותי ביצירת המגוון המניע את האבולוציה ובוויסות האופן שבו גנים אחרים מופעלים או מכבים. עם זאת, הקפיצות שלהם יכולות גם להפוך את הגנום ליציב פחות וליצור מוטציות שהיו קשורות להפרעות נוירו-התפתחותיות, מחלות אוטואימוניות וסרטן.
אז מה מונע מהגנים המקפצים האלה – הידועים גם כאלמנטים הניתנים להפיכה – מלקפוץ ולשבור דברים כמו יותר מדי ילדים על טרמפולינה? מחקר חדש, בראשות מדענים של פן סטייט ופורסם ב- כתב עת לכימיה ביולוגיתזיהה תפקיד חדש לקומפלקס של חלבונים כמדכא פעילות גנים קופצים.
CCR4-NOT הוא קומפלקס של חלבונים שאופיין היטב בשמרים. בעשור האחרון החלו לחקור את תפקידו בשורות תאים אנושיים, אך מחקרים אלו התמקדו בעיקר באפיון תפקידו בעיבוד ופירוק RNA. רצינו ללמוד עוד על תפקידו בגרעין התאים שבו הוא מעורב בייצור RNA מתבנית DNA".
שרדול קולקרני, עוזר פרופסור למחקר לביוכימיה וביולוגיה מולקולרית, מכללת פן סטייט אברלי למדע והמחבר הראשי של המאמר
בשמרים, תפקידו של CCR4-NOT התאפיין במספר שלבים של ויסות גנים, הוא עוזר לשלוט כיצד RNA – המולקולה הנושאת מידע מה-DNA אל מחוץ לגרעין לביצוע פונקציות תאיות, כולל ייצור חלבון – מיוצר בגרעין התא, כיצד ה-RNA הזה מועבר מהגרעין לתוך התא שהוא מסייע בתהליכי הפירוק, הפירוק של החלבון, בתהליכי הפירוק, הפירוק של החלבון, זה, הסביר קולקרני. הציטופלזמה היא הנוזל הצמיג הממלא תאים ומכיל את האברונים המסייעים בביצוע תפקיד התא; הגרעין הוא האברון המכיל את החומר הגנטי של התא.
הצוות השתמש בטכניקה הנקראת פירוק המושרה על ידי אוקסין כדי להפיל בנפרד – או להפחית את הביטוי של – CNOT1 ו-CNOT4, שני מרכיבים של קומפלקס CCR4-NOT בקו תאים סרטניים אנושיים שהושגו באמצעות המכון הלאומי לבריאות בארה"ב. החוקרים שינו גנטית את שני החלבונים הללו כך שיהיו גרסאות שיפורקו תוך שעה כאשר אוקסין יתווסף לתאים. בעבודה קודמת, הם הראו שלהפלת שני המרכיבים הללו יש השפעות הפוכות בציטופלזמה של התא, אבל הם הופתעו לראות שהפלה של שני החלבונים יצרה את אותה השפעה בגרעין.
"הופתענו שהפיל של CNOT1 וגם של CNOT4 הביא לעלייה נרחבת ומהירה של שעתוק על פני הגנום", אמר קולקרני, והסביר כי שעתוק הוא תהליך ייצור RNA מתבנית DNA. "זה כלל גנים קופצים, שגם הביטוי שלהם גדל. עם זאת, הביטוי של קבוצה אחת של גנים הופחת במקום זאת. משפחת גנים זו – הנקראת משפחת האצבעות הגרעיניות המכילות אבץ (KZNF) הקשורות ל-Kruppel – הם מדכאים ידועים של פעילות גנים קופצים".
המחקר הדגים – לראשונה – את תפקידו של קומפלקס CCR4-NOT בדיכוי פעילות גנים קופצים, ככל הנראה באמצעות ויסות הגנים של KZNF.
"העלייה בכל הגנום בתעתיק, כולל גן קפיצה, נובעת ככל הנראה מוויסות CCR4-NOT של גנים KZNF", אמר קולקרני. "העבודה שלנו חושפת שקומפלקס מולקולרי הידוע בעיקר בשליטה ב-RNA פועל גם כשומר, ועוזר למנוע את הדלקת האלמנטים הגנטיים הללו. התפקיד החדש שזוהה של CCR4-NOT הוא חיוני לשמירה על יציבות הגנום ומניעת השפעות אחרות שעלולות להזיק של גנים קופצים. וישנו גורם מעניין במיוחד שמרכיבים גנטיים אלה אינם מונעים מהשכבה השנייה של CCR4: העבודה שלנו פשוט מונעת מה-CCR4. זה גם עוזר לשלוט ביציבות ה-RNA שהם מייצרים במילים אחרות, הקומפלקס מספק שכבות מרובות של הגנה מפני פעילות גנטית לא רצויה.
בנוסף לקולקרני, צוות המחקר בפן סטייט כלל את חוקר הפוסט-דוקטורט אלכסיס מוריסי; מדען הנתונים אסוואתי סבסטיאן; סטודנט לתואר שני Oluwasegun T. Akinniyi; שריל א. קלר, פרופסור מחקר לביוכימיה וביולוגיה מולקולרית; אישטבן אלברט, פרופסור מחקר לביואינפורמטיקה; שון מהוני, דורותי פוהר האק וג'יי לויד האק יו"ר לגנומיקה ובינה מלאכותית ופרופסור לביוכימיה וביולוגיה מולקולרית; וג'וזף סי ריס, פרופסור מכובד לביוכימיה וביולוגיה מולקולרית.
העבודה מומנה על ידי המכון הלאומי למדעי הרפואה הכללית של המכון הלאומי האמריקאי לבריאות במסגרת המענקים R35GM136353 ו-R35GM144135.
