חוקרי קורנל מצאו שניתן להשתמש בטכנולוגיית רצף DNA חדשה כדי לחקור כיצד טרנספוזונים נעים בתוך הגנום ונקשרים אליו. טרנספוזונים ממלאים תפקידים קריטיים בתגובה חיסונית, בתפקוד נוירולוגי ובאבולוציה גנטית, וההשלכות של הממצא כוללות התקדמות חקלאית והבנת התפתחות וטיפול במחלות.
במאמר שפורסם ב-21 בנובמבר ב iScienceהסופר הבכיר פטריק מרפי, Ph.D. '13, פרופסור חבר לביולוגיה מולקולרית וגנטיקה במכללה לחקלאות ומדעי החיים, ומחברים מדגימים שטכניקת מיפוי גנום ברזולוציה גבוהה בשם CUT&Tag יכולה להתגבר על חסרונות בשיטות רצף קיימות כדי לאפשר מחקר של טרנספוזונים. לאחר לעג ל"דנ"א זבל", טרנספוזונים מהווים מחצית מהגנום האנושי והם צאצאים של וירוסים קדומים בהם נתקלו אבותינו האבולוציוניים.
אם אתה שורד זיהום ויראלי, הנגיף הופך לרדום, אבל ה-DNA של הנגיף נדבק. אם ה-DNA הזה נכנס לזרע או לתא ביצית, אז הוא יכול לעבור לדור הבא ולכל צאצא משם והלאה. תהליך זה קרה אלפי ואלפי פעמים במהלך ההיסטוריה האבולוציונית. ה-DNA הויראלי העתיק הזה – טרנספוזונים – הוא לא סתם זבל שיושב שם ולוקח מקום בגנום שלנו. זה הפך לחלק בלתי נפרד מהגנום שלנו שעוזר לנו ולאורגניזמים אחרים לתפקד".
פטריק מרפי, Ph.D. '13, פרופסור חבר לביולוגיה מולקולרית וגנטיקה, המכללה לחקלאות ומדעי החיים
טרנספוזונים התגלו לראשונה בסוף שנות ה-40 בתירס על ידי ברברה מקלינטוק, מחלקה של 1923, MA 1925, Ph.D. 1927 – עבודה שזיכתה אותה בפרס נובל לפיזיולוגיה או רפואה לשנת 1983. בבני אדם, כאשר טרנספוזונים "קופצים" למיקומים שונים בגנום, הם יוצרים מוטציה גנטית שעלולה לגרום נזק, להעניק הגנה או להוביל לשינוי אבולוציוני.
לדוגמה, מוטציות המונעות על ידי טרנספוזון יכולות לגרום למחלות, כולל המופיליה וסוגי סרטן מסוימים. הם יכולים גם להציע הגנה מפני כמה זיהומים מודרניים. בשלבים המוקדמים ביותר של ההתפתחות האנושית, טרנספוזונים מסוימים מפעילים ומאפשרים יצירה של תאי גזע. הם פעילים גם בהתפתחות השליה, שאפשרה התפתחות של יונקים.
ככל שידוע על טרנספוזונים, הרבה יותר נותר בגדר תעלומה, אמר מרפי. הסיבה לכך היא ששיטות סטנדרטיות ששימשו במשך עשרות שנים לחקר חומר גנטי כללו שבירת תאים והפרדת נוזל מחומרים מוצקים. מדענים חקרו את החלק הנוזלי ובמידה רבה זרקו את המוצק, מכיוון שלא הייתה דרך לחקור אותו (לפיכך הכינוי "זבל DNA" שהוקצה בשנות ה-70).
"מה שהמחקר שלנו מגלה הוא שהחלק המוצק הוא המקום שבו נמצאים כל הטרנספוזונים", אמר מרפי.
CUT&Tag הוצג על ידי חוקרים במרכז לחקר הסרטן של פרד האצ'ינסון בסיאטל בשנת 2019 כדרך לחקור כרומטינים – ה-DNA והחלבונים היוצרים כרומוזומים. במאמר iScience שלהם, חוקרי קורנל מצאו כי CUT&Tag מאפשרת גם חקר חדש לתוך המחצית הכבדה בטרנספוזון של הגנום האנושי. האפשרויות להשפעה יישומית מהגילוי הבסיסי הזה הן עצומות, אמר מרפי.
לדוגמה, חלק מהטיפולים בסרטן פועלים על ידי הפעלת טרנספוזונים בגנום, אשר מעוררים את המערכת החיסונית לתקוף את הסרטן. הבנה טובה יותר של מנגנונים אלה יכולה להניע טיפולים ממוקדים יותר.
"בגלל השיטות והטכנולוגיות החדשות האלה, אני חושב שבחמש עד 10 השנים הקרובות אנחנו הולכים להיכנס לתור הזהב שבו נתחיל להבין באמת איך טרנספוזונים עובדים, והאם ניתן לנצל אותם בדברים כמו טיפול קליני, טיפולי פוריות והבנת התפתחות האורגניזמים", אמר מרפי. "זה כל כך בסיסי; יהיו לזה השפעות רחבות וגורפות על חקלאות, צמחים, מיקרואורגניזמים, בני אדם, מחלות, מחקרי מין ועוד רבים אחרים."
המחבר הראשון של המאמר הוא ברנדון פארק, לשעבר דוקטורנט במעבדתו של מרפי באוניברסיטת רוצ'סטר (מרפי עבר לקורנל השנה). מחברים אחרים של קורנל הם: Shan Hua, עמית פוסט-דוקטורט במעבדה של מרפי; החוקרת קרלי קסלר; וקריסטין מרפי, Ph.D. 13', עמית מחקר בכיר במכללה לרפואה וטרינרית. מחברים נוספים מגיעים מהמעבדה של מיטשל אוקונל, פרופסור חבר באוניברסיטת רוצ'סטר.
המחקר נתמך על ידי המכון הלאומי לבריאות.
