מחקר בינלאומי חדש מציע כי ה- DNA הנגיפי העתיק המוטמע בגנום שלנו, שהודח זמן רב כ"זבל "גנטי, עשוי למעשה למלא תפקידים עוצמתיים בוויסות ביטוי הגנים. התמקדות במשפחה של רצפים הנקראים MER11, חוקרים מיפן, סין, קנדה וארה"ב הראו כי אלמנטים אלה התפתחו כדי להשפיע על האופן בו גנים מדליקים וכיבוי, במיוחד בהתפתחות אנושית מוקדמת.
אלמנטים הניתנים להחלפה (TES) הם רצפי DNA חוזרים ונשנים בגנום שמקורו בנגיפים קדומים. במשך מיליוני שנים הם מתפשטים בכל הגנום באמצעות מנגנוני העתקה והדבקה. כיום, TEs מהווים כמעט מחצית מהגנום האנושי. אמנם חשבו פעם שהם לא משמשים שום פונקציה מועילה, אך מחקרים שנערכו לאחרונה גילו שחלקם פועלים כמו "מתגים גנטיים", תוך שליטה על פעילותם של גנים סמוכים בסוגי תאים ספציפיים.
עם זאת, מכיוון ש- TES חוזרים ונשנים מאוד ולעתים קרובות כמעט זהים ברצף, הם יכולים להיות קשים ללמוד. בפרט, משפחות TE צעירות יותר כמו MER11 סווגו בצורה לא טובה במאגרי מידע גנומיים קיימים, מה שמגביל את היכולת שלנו להבין את תפקידם.
כדי להתגבר על כך, החוקרים פיתחו שיטה חדשה לסיווג TES. במקום להשתמש בכלי ביאור סטנדרטיים, הם קיבצו רצפי MER11 על סמך מערכות היחסים האבולוציוניות שלהם וכמה טוב הם נשמרו בגנום הפרימטים. גישה חדשה זו אפשרה להם לחלק את Mer11a/b/c לארבע תת -משפחות מובחנות, כלומר Mer11_g1 עד G4, החל מהוותיק ביותר לצעיר.
סיווג חדש זה חשף דפוסים נסתרים בעבר של פוטנציאל רגולטורי גנים. החוקרים השוו את תת -המשפחות החדשות של MER11 לסמנים אפיגנטיים שונים, שהם תגים כימיים על DNA וחלבונים נלווים המשפיעים על פעילות הגנים. זה הראה כי סיווג חדש זה התיישר מקרוב עם פונקציית הרגולציה בפועל בהשוואה לשיטות קודמות.
כדי לבדוק ישירות אם רצפי MER11 יכולים לשלוט על ביטוי גנים, הצוות השתמש בטכניקה בשם Lentimpra (Lentiviral Assay כתב מקביל מסיבי). שיטה זו מאפשרת לבחון אלפי רצפי DNA בבת אחת על ידי הכנסתם לתאים ומדידה עד כמה כל אחד מגביר את פעילות הגנים. החוקרים יישמו שיטה זו על כמעט 7000 רצפי MER11 מבני אדם ופרימטים אחרים, ומדדו את השפעותיהם בתאי גזע אנושיים ותאים עצביים בשלב מוקדם.
התוצאות הראו כי MER11_G4 (תת -משפחתית הצעירה ביותר) הציגה יכולת חזקה להפעיל ביטוי גנים. היה לו גם קבוצה מובחנת של "מוטיבים" רגולטוריים, שהם קטעי DNA קצרים המשמשים אתרי עגינה לגורמי שעתוק, החלבונים השולטים כאשר גנים מופעלים. מוטיבים אלה יכולים להשפיע באופן דרמטי כיצד גנים מגיבים לאותות התפתחותיים או לרמזים סביבתיים.
ניתוח נוסף העלה כי רצפי MER11_G4 בבני אדם, שימפנזים ומקאקים צברו כל אחד שינויים שונים במקצת לאורך זמן. אצל בני אדם ושימפנזים, כמה רצפים צברו מוטציות שיכולות להגביר את הפוטנציאל הרגולטורי שלהם במהלך תאי גזע אנושיים.MER11_G4 הצעיר נקשר למערך מובהק של גורמי שעתוק, מה שמצביע על כך שקבוצה זו צברה פונקציות רגולטוריות שונות באמצעות שינויי רצף ותורמת למפרט,
החוקר המוביל ד"ר שון חן מסביר.
המחקר מציע מודל להבנת האופן בו DNA "זבל" יכול להתפתח לאלמנטים רגולטוריים עם תפקידים ביולוגיים חשובים. על ידי התחקות אחר ההתפתחות של רצפים אלה ובדיקת ישירות את תפקידם, החוקרים הוכיחו כיצד ה- DNA הוויראלי העתיק נבחר לעיצוב פעילות גנים בפרימטים.
"הגנום שלנו היה רצף מזמן, אך תפקידם של רבים מחלקיו נותר לא ידוע", מציין שיתוף אאוטר ד"ר אינואה. אלמנטים הניתנים להחלפה נחשבים למלא תפקידים חשובים בהתפתחות הגנום, ומשמעותם צפויה להתבהר ככל שהמחקר ממשיך להתקדםו
