تويت
عقب اكتشاف جزيء DNA، كانت شِفرة الحمض النووي تُعتبر عادةً بداية ونهاية الوراثة الجينية. لكن اليوم مفهوم العلامات الكيميائية هو أن تكون مرتبطة بأقسام رئيسية من تسلسل الجينات لا تؤثر فقط على طريقة قراءة الجينات، ولكن يمكن أن تتغير استجابةً للتعرض البيئي.
إضافةً إلى ذلك، قد تُنقل بالفعل من جيلٍ إلى آخر ويُطلق عليها الوراثة اللاجينية عبر الأجيال. ويمكن أن يكون هذا طريقًا تؤثر من خلاله الصحة أو نمط الحياة أو حتى بيئة الوالدين في صحة النسل وتطوره لأجيالٍ عدةٍ.
مع أن التغييرات نفسها تبدو واضحة، فإن الآليات الدقيقة في العمل لم تُفهم بالكامل بعد.
أظهرت دراسة جديدة أجُريت على الديدان المستديرة كيف يمكن أن ينتقل التعديل اللاجيني الشائع عبر ثلاثة أجيال من خلال الحيوانات المنوية، ما يؤثر على نشاط الجينات وتطورها في النسل.
على الرغم من أن الأدلة البشرية على مثل هذه الذاكرة اللاجينية الدائمة ما تزال ضئيلة، فإن دراسة هذه الديدان المستديرة (Caenorhabditis elegans) تكشف تمامًا هذا الأمر.
تقول سوزان ستروم، عالمة الأحياء الجزيئية والخلايا في جامعة كاليفورنيا، سانتا كروز: «توضح هذه النتائج علاقة السبب بالنتيجة بين علامات هيستون المنقولة بالحيوانات المنوية والتعبير الجيني والتطور في النسل».
التغيرات اللاجينية هي زخارف جزيئية تُضاف إلى الحمض النووي الذي يأتي بعدة أشكال، وتتحكم في متى تُتبع التعليمات الجينية وكيف.
إذا لم تتمكن آلية الخلية التي تقرأ جينومها من الوصول إلى الجينات المحددة لأن الجزيئات الضخمة تقف في طريقها، فعندها لن تُفك رموز هذه الجينات إلى بروتينات.
يمكن أن يكون لف الخيوط الطويلة من الحمض النووي حول معقدات البروتين الرئيسية التي تسمى الهيستونات بطريقة ضيقة بما يكفي للحصول على تأثير إسكات مماثل.
يُعتقد أن معظم هذه التعديلات اللاجينية قد مُحيت وأُعيد ضبطها بعد التخصيب، إذ تُعاد برمجة الخلايا الجنسية لضمان التطور الطبيعي، كما تُظهر الدراسات الحيوانية (متضمنة أعداد من الحيوانات اعتمادًا على الثدييات).
يبدو أن بعض التغييرات اللاجينية يمكن أن تهرب من إعادة البرمجة وتُنقل عبر الأجيال.
استخدمت هذه الدراسة الأخيرة الديدان المستديرة نموذجًا حيًا للتحقق من كون العلامات اللاجينية محفوظة أو معادةً كتابتها في أجنة الدودة المستديرة، وإذا استمرت فكيف تؤثر هذه العلامات على التعبير الجيني في النسل.
كان محور هذه التجارب العلامة اللاجينية على بروتين الهيستون التي تؤدي إلى تعبئة الحمض النووي بكثافة أكبر، وبالتالي إيقاف تشغيل الجينات في تلك المنطقة.
جرّد الباحثون انتقائيًا علامات الهيستون من كروموسومات الحيوانات المنوية من الديدان المستديرة التي اُستخدمت بعد ذلك لتخصيب البويضات بالكروموسومات المحددة بالكامل.
بعد ذلك، نظروا في مستويات النشاط الجيني في النسل الناتج، ووجدوا أن الجينات الموجودة على الكروموسومات الموروثة من الحيوانات المنوية لم تعد مثبطة.
يوضح ستروم: «فُعلت بعض الجينات بشكل شاذ، وبقيت في الموقع تفتقر إلى العلامة الكابحة، بينما استعاد بقية الجينوم العلامة، ونُقل هذا النمط إلى النسل الممتد. نتكهن بأنه إذا حافظوا على هذا النمط من تغليف DNA في الخط الجرثومي، فمن المحتمل أن يتم نقله لأجيال عديدة».
دعونا لا ننسى هذه الديدان المستديرة التي تكلموا عنها، أظهرت الأبحاث السابقة عن هذه المخلوقات الشفافة أن التغيرات اللاجينية يمكن أن تنتقل إلى 14 جيلًا، وهو أمرٌ مثير جدًا، لكنه يذكر معلومات قليلة عن البشر.
كشفت بعض الدراسات البشرية النادرة والملحوظة عن أدلة على تأثير الطعام الذي يتناوله الأجداد في صحة نسل أطفالهم بعد جيلين.
نظرت أبحاث أخرى في الروابط بين صحة الأم متضمنة عادات التدخين وربو الأطفال، وأظهرت كيف يمكن للأحداث في الطفولة المبكرة أن تنحت التعديلات الكيميائية على الحمض النووي للشخص التي تؤثر في صحته في وقتٍ لاحقٍ من الحياة.
لكن الدراسات البشرية التي تربط مباشرةً بين صحة الوالدين والتغيرات اللاجينية في الخلايا الجنسية، ونتائج النسل، شبه معدومة، كما قالت إحدى المراجعات للمجال، ويرجع ذلك جزئيًا إلى قيود الدراسات الوبائية التي يمكن أن تؤدي فقط إلى الارتباطات، وليس العلاقات السببية.
يعد فصل تأثير العلامات اللاجينية عن التأثيرات الجينية والثقافية والسلوكية تحديًا كبيرًا أيضًا. إذ كيف نفصل علم الوراثة عن الظروف الاجتماعية أو الظروف البيئية التي تستمر على مر الأجيال؟
كتب ستروم وزملاؤه في ورقتهم المنشورة أن هذا هو السبب في أن الدراسات الحيوانية مثل هذه مفيدة في إلقاء الضوء على كيفية تشكيل الميراث اللاجيني لتطور وصحة الأجيال القادمة.
يقول الفريق إن النتائج التي توصلوا إليها تعكس تلك الموجودة في خلايا الثدييات المزروعة في المختبر، وأن دراسات أخرى حديثة أشارت إلى أن علامات الهيستون الموروثة بالحيوانات المنوية هي سمة في الفئران أيضًا.
قد تعني أوجه التشابه هذه أن الآلية قد تمتد أيضًا إلى البشر، ولكن ما زلنا لا نعرف الكثير عن كيفية عمل الجينات والميراث اللاجيني على مدى أجيال متعددة، أو إن كان يعمل بالفعل.
نظرًا للعقبات الأخلاقية واللوجستية التي تعترض البحث عن أجوبة هذه الأسئلة عند البشر، فقد يستغرق الأمر وقتًا طويلًا حتى يُجاب عنها.
إضافةً إلى ذلك، قد تُنقل بالفعل من جيلٍ إلى آخر ويُطلق عليها الوراثة اللاجينية عبر الأجيال. ويمكن أن يكون هذا طريقًا تؤثر من خلاله الصحة أو نمط الحياة أو حتى بيئة الوالدين في صحة النسل وتطوره لأجيالٍ عدةٍ.
مع أن التغييرات نفسها تبدو واضحة، فإن الآليات الدقيقة في العمل لم تُفهم بالكامل بعد.
أظهرت دراسة جديدة أجُريت على الديدان المستديرة كيف يمكن أن ينتقل التعديل اللاجيني الشائع عبر ثلاثة أجيال من خلال الحيوانات المنوية، ما يؤثر على نشاط الجينات وتطورها في النسل.
على الرغم من أن الأدلة البشرية على مثل هذه الذاكرة اللاجينية الدائمة ما تزال ضئيلة، فإن دراسة هذه الديدان المستديرة (Caenorhabditis elegans) تكشف تمامًا هذا الأمر.
تقول سوزان ستروم، عالمة الأحياء الجزيئية والخلايا في جامعة كاليفورنيا، سانتا كروز: «توضح هذه النتائج علاقة السبب بالنتيجة بين علامات هيستون المنقولة بالحيوانات المنوية والتعبير الجيني والتطور في النسل».
التغيرات اللاجينية هي زخارف جزيئية تُضاف إلى الحمض النووي الذي يأتي بعدة أشكال، وتتحكم في متى تُتبع التعليمات الجينية وكيف.
إذا لم تتمكن آلية الخلية التي تقرأ جينومها من الوصول إلى الجينات المحددة لأن الجزيئات الضخمة تقف في طريقها، فعندها لن تُفك رموز هذه الجينات إلى بروتينات.
يمكن أن يكون لف الخيوط الطويلة من الحمض النووي حول معقدات البروتين الرئيسية التي تسمى الهيستونات بطريقة ضيقة بما يكفي للحصول على تأثير إسكات مماثل.
يُعتقد أن معظم هذه التعديلات اللاجينية قد مُحيت وأُعيد ضبطها بعد التخصيب، إذ تُعاد برمجة الخلايا الجنسية لضمان التطور الطبيعي، كما تُظهر الدراسات الحيوانية (متضمنة أعداد من الحيوانات اعتمادًا على الثدييات).
يبدو أن بعض التغييرات اللاجينية يمكن أن تهرب من إعادة البرمجة وتُنقل عبر الأجيال.
استخدمت هذه الدراسة الأخيرة الديدان المستديرة نموذجًا حيًا للتحقق من كون العلامات اللاجينية محفوظة أو معادةً كتابتها في أجنة الدودة المستديرة، وإذا استمرت فكيف تؤثر هذه العلامات على التعبير الجيني في النسل.
كان محور هذه التجارب العلامة اللاجينية على بروتين الهيستون التي تؤدي إلى تعبئة الحمض النووي بكثافة أكبر، وبالتالي إيقاف تشغيل الجينات في تلك المنطقة.
جرّد الباحثون انتقائيًا علامات الهيستون من كروموسومات الحيوانات المنوية من الديدان المستديرة التي اُستخدمت بعد ذلك لتخصيب البويضات بالكروموسومات المحددة بالكامل.
بعد ذلك، نظروا في مستويات النشاط الجيني في النسل الناتج، ووجدوا أن الجينات الموجودة على الكروموسومات الموروثة من الحيوانات المنوية لم تعد مثبطة.
يوضح ستروم: «فُعلت بعض الجينات بشكل شاذ، وبقيت في الموقع تفتقر إلى العلامة الكابحة، بينما استعاد بقية الجينوم العلامة، ونُقل هذا النمط إلى النسل الممتد. نتكهن بأنه إذا حافظوا على هذا النمط من تغليف DNA في الخط الجرثومي، فمن المحتمل أن يتم نقله لأجيال عديدة».
دعونا لا ننسى هذه الديدان المستديرة التي تكلموا عنها، أظهرت الأبحاث السابقة عن هذه المخلوقات الشفافة أن التغيرات اللاجينية يمكن أن تنتقل إلى 14 جيلًا، وهو أمرٌ مثير جدًا، لكنه يذكر معلومات قليلة عن البشر.
كشفت بعض الدراسات البشرية النادرة والملحوظة عن أدلة على تأثير الطعام الذي يتناوله الأجداد في صحة نسل أطفالهم بعد جيلين.
نظرت أبحاث أخرى في الروابط بين صحة الأم متضمنة عادات التدخين وربو الأطفال، وأظهرت كيف يمكن للأحداث في الطفولة المبكرة أن تنحت التعديلات الكيميائية على الحمض النووي للشخص التي تؤثر في صحته في وقتٍ لاحقٍ من الحياة.
لكن الدراسات البشرية التي تربط مباشرةً بين صحة الوالدين والتغيرات اللاجينية في الخلايا الجنسية، ونتائج النسل، شبه معدومة، كما قالت إحدى المراجعات للمجال، ويرجع ذلك جزئيًا إلى قيود الدراسات الوبائية التي يمكن أن تؤدي فقط إلى الارتباطات، وليس العلاقات السببية.
يعد فصل تأثير العلامات اللاجينية عن التأثيرات الجينية والثقافية والسلوكية تحديًا كبيرًا أيضًا. إذ كيف نفصل علم الوراثة عن الظروف الاجتماعية أو الظروف البيئية التي تستمر على مر الأجيال؟
كتب ستروم وزملاؤه في ورقتهم المنشورة أن هذا هو السبب في أن الدراسات الحيوانية مثل هذه مفيدة في إلقاء الضوء على كيفية تشكيل الميراث اللاجيني لتطور وصحة الأجيال القادمة.
يقول الفريق إن النتائج التي توصلوا إليها تعكس تلك الموجودة في خلايا الثدييات المزروعة في المختبر، وأن دراسات أخرى حديثة أشارت إلى أن علامات الهيستون الموروثة بالحيوانات المنوية هي سمة في الفئران أيضًا.
قد تعني أوجه التشابه هذه أن الآلية قد تمتد أيضًا إلى البشر، ولكن ما زلنا لا نعرف الكثير عن كيفية عمل الجينات والميراث اللاجيني على مدى أجيال متعددة، أو إن كان يعمل بالفعل.
نظرًا للعقبات الأخلاقية واللوجستية التي تعترض البحث عن أجوبة هذه الأسئلة عند البشر، فقد يستغرق الأمر وقتًا طويلًا حتى يُجاب عنها.