יש קוד נסתר בדנ"א שלכם - ומדענים זה עתה זיהו אותו

במשך עשורים, מדענים התייחסו לכמעט חצי מהגנום שלנו כאל "זבל" גנטי - שרידים חסרי תועלת של וירוסים עתיקים. מחקר חדש חושף שחלק מה"זבל" הזה הוא בעצם מערכת הפעלה מתוחכמת ששולטת בגנים החשובים ביותר להתפתחות המוח והגוף שלנו. מסתבר שמה שחשבנו שהוא רעש רקע, הוא למעשה שפה סודית שהאבולוציה כתבה במשך מיליוני שנים. חלק מהגנום שלנו, שבעבר נחשב ל"זבל" חסר משמעות, עשוי למעשה למלא תפקיד חשוב בוויסות התבטאות גנים, כך עולה ממחקר חדש. לפי עבודת צוות מדענים בינלאומי, ה"זבל" הזה התפתח במרוצת הדורות להשפיע על האופן שבו גנים מופעלים ומושתקים - במיוחד בשלבי ההתפתחות הראשונים של בני האדם.

הסיפור על איך הדנ"א הזה הוגדר כלא חשוב מתחיל בראשית המאה, אך לפני שנגיע לכך, חשוב להבין במה מדובר. בשנות ה-40 של המאה ה-20 זיהתה הציטוגנטיקאית ברברה מקלינטוק את מה שנקרא טרנספוזונים (TEs), או "גנים קופצים", בתירס. למעשה, מדובר ברצפים של דנ"א שיכולים לנוע למיקומים שונים בתוך הגנום. בתחילה המדענים פקפקו בכך, אך עשורים לאחר מכן התקבלה ההבנה שגנים אלה לא רק "קופצים", אלא מופיעים כמעט בכל אורגניזם.

מאוחר יותר התברר שטרנספוזונים מהווים כ-45 אחוזים מהגנום האנושי. נראה שהם הצליחו להשתכפל לאורך מיליוני שנים בתהליך פשוט ורפטטיבי. מאחר שרבים מהרצפים האלה נראים כמעט זהים, הם הוגדרו כ"שאריות גנטיות" של וירוסים קדומים שנכחדו. אך כיום אנו יודעים שחלק מהטרנספוזונים מתפקדים כמעין "מתגי הפעלה" גנטיים, אשר שולטים בפעילות של גנים סמוכים בסוגים מסוימים של תאים.

אולם, העובדה שרבים מהרצפים האלה דומים מאד זה לזה הקשתה על מחקרם, במיוחד משפחות צעירות יחסית כמו MER11. רצפים אלה סווגו באופן לקוי במסדי הנתונים הגנומיים הקיימים, מה שתרם לכך שלא הבנו את תפקידם.

כדי להתמודד עם הבעיה, פיתחו החוקרים שיטה חדשה לסיווג טרנספוזונים שאינה מסתמכת על כלים אנוטטיביים רגילים, אלא מקבצת את רצפי MER11 לפי קשריהם האבולוציוניים ולפי מידת השימור שלהם בגנומים של פרימטים. כך הצליחו החוקרים לחלק את MER11A/B/C לארבע משפחות מובחנות – MER11_G1 עד MER11_G4 - מהעתיקות לחדשות ביותר לפי סדר הופעתן במהלך האבולוציה של גנום הפרימטים.

מה גילו החוקרים בעקבות הסיווג הזה? דפוסים חדשים ובלתי ידועים של פוטנציאל לוויסות גנים, החבויים בתוך הרצפים עצמם. לאחר מכן השוו את תתי-המשפחות של MER11 לסימנים אפיגנטיים שונים - תגיות כימיות על הדנ"א וחלבונים נלווים שמשפיעים על פעילות גנים. התברר שסיווג זה מתאים הרבה יותר לתפקוד הרגולטורי בפועל מאשר שיטות סיווג קודמות.

בהמשך בחנו החוקרים את הרצפים באמצעות טכניקה בשם lentiMPRA (מבחן דיווח מקביל מסיבי לנטי-ויראלי), המאפשרת לבדוק אלפי רצפי דנ"א במקביל ולמדוד כמה כל אחד מהם מגביר את פעילות הגנים. לאחר ניתוח של כמעט 7,000 רצפי MER11 מפרימטים, כולל בני אדם, ומדידת השפעתם בתאי גזע אנושיים ותאי עצב בשלבי התפתחות מוקדמים, גילו החוקרים ש-MER11_G4 יעיל במיוחד בהפעלת גנים.

עוד נמצא שרצפים אלו מכילים מערך ייחודי של "מוטיפים" רגולטוריים - מקטעים קצרים של דנ"א המשמשים כאתרי עגינה לפקטורי שעתוק (החלבונים ששולטים בהפעלת גנים). למוטיפים אלה השפעה מכרעת על האופן שבו גנים מגיבים לאותות התפתחותיים או לסביבה.

באופן מעניין, נראה כי רצפי MER11_G4 צברו שינויים מעט שונים לאורך הדורות בבני אדם, שימפנזים וקופי מקוק. אצל בני האדם והשימפנזים, חלק מהרצפים הכילו מוטציות שעשויות להגביר את הפוטנציאל הרגולטורי בתאי גזע אנושיים. בנוסף, גילו החוקרים ש-MER11_G4 נקשרים לפקטורי שעתוק שונים מאלו שבמשפחות אחרות, מה שמרמז כי הקבוצה הזו רכשה פונקציות רגולטוריות חדשות דרך שינויים ברצף - וכי ייתכן שיש לה תפקיד גם בהיווצרות מינים חדשים (ספציאציה), כלומר בתהליך האבולוציוני שמבדיל בין מינים ביולוגיים.

מקורות:

• קטעים מ- Scientists just discovered a secret code hidden in your DNA מאת: ScienceDaily.

• קטעים מ- There's A Hidden Code In Your DNA And Scientists Have Just Identified It מאת: IFLScience שנכתב ע"י: Dr. Russell Moul.

• קטעים מהמחקר- A phylogenetic approach uncovers cryptic endogenous retrovirus subfamilies in the primate lineage מאת Science Advances.