นักวิทยาศาสตร์เพิ่งค้นพบวิธีใหม่ที่เซลล์ควบคุมยีนของพวกเขา ซึ่งเรียกว่า “การย้อนรอย”
นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบว่าเมื่อเอนไซม์ที่อ่าน DNA เคลื่อนที่ถอยหลังไปตามยีนมันอาจจะทำเช่นนั้นเพื่อช่วยควบคุมว่า ยีน จะเปิดเมื่อใด
เซลล์ประมาณ 30 ล้านล้านเซลล์ในร่างกายมนุษย์ไม่จำเป็นต้องเปิดยีนทั้งหมดพร้อมกันในคราวเดียวในทางกลับกัน เซลล์จะควบคุมการทำงานของยีนอย่างเข้มงวด แต่เมื่อเร็ว ๆ นี้
นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบวิธีที่ไม่เคยรู้จักมาก่อน พวกเขาบรรลุผลสำนั้นสำเร็จได้ DNA ของมนุษย์ประกอบด้วยยีนประมาณ 20,000 ถึง 25,000 ยีน เพื่อให้เซลล์ทำงานได้อย่างถูกต้อง รหัสพันธุกรรมใน DNA นั้นจะถูกคัดลอกหรือคัดลอกโดยเอนไซม์ที่เรียกว่า RNA polymerase
เพื่อสร้างโมเลกุลที่เรียกว่า RNA บ่อยครั้ง RNA จะถูกแปลเป็นโปรตีนซึ่งเป็นส่วนประกอบสำคัญของชีวิตมีปัจจัยมากมายที่กำหนดว่ายีนใดที่ต้องเปิดใช้งาน
เช่น ชนิดของเซลล์และระยะการพัฒนาการศึกษาล่าสุดซึ่งตีพิมพ์ในเดือนกุมภาพันธ์ในวารสาร Molecular Cell อธิบายถึงวิธีการใหม่ที่เซลล์ควบคุมยีนของพวกมัน เดิมเรียกว่าการย้อนรอยเดิมทีคิดว่าเป็นการตอบสนองต่อการแบ่งตัวของ DNA แต่ตอนนี้กำลังได้รับการศึกษาถึงบทบาทในการควบคุมยีน ค้นพบในปี 1997 การย้อนรอยเป็นกระบวนการที่ RNA polymerase แทนที่จะเคลื่อนไปข้างหน้าไปตาม DNA ขณะที่อ่านยีนกลับเลื่อนกลับและหยุดชั่วคราว
การหยุดนี้จะหายไปและเอนไซม์สามารถเคลื่อนที่ไปข้างหน้าได้อีกครั้ง และทำให้ RNA ปั่นป่วน “ในช่วงแรกๆ ผู้คนคิดว่าเมื่อ RNA polymerase เริ่มถอดรหัสมันก็จะเสร็จสิ้นโดยไม่มีปัญหาใดๆ” Evgeny Nudler ศาสตราจารย์ด้านชีวเคมีที่ NYU Langone Health กล่าวว่า อย่างไรก็ตาม ในช่วงหลายปีที่ผ่านมาพวกเขาตระหนักว่าภาพนั้นซับซ้อนกว่ามาก Nudler และเพื่อนร่วมงานตีพิมพ์บทความฉบับแรกเกี่ยวกับการย้อนรอยในปี 1997
เมื่อ RNA polymerase ย้อนรอยในระยะทางสั้น ๆ มันจะดึงเส้นใย RNA ที่สร้างขึ้นใหม่ออกมา ส่งผลให้กระบวนการถอดรหัสหยุดชั่วคราว โดยทั่วไปแล้ว RNA ที่ถูกอัดออกมานี้จะถูกสับออกโดยเอนไซม์ ทำให้เส้นทางของ RNA polymerase ชัดเจนเพื่อดำเนินการต่ออีกครั้งอย่างไรก็ตาม บางครั้งโพลีเมอเรสจะเคลื่อนที่กลับไปเป็นระยะทางที่ไกลกว่า
และ RNA ที่ถูกอัดออกมาจะปิดกั้นบริเวณที่เอนไซม์สำหรับเหล่านั้นมักจะตัดออก เมื่อมีสิ่งกีดขวางบนเส้นทางนี้ โพลีเมอเรสจะยังคงอยู่ในสถานะย้อนกลับเป็นเวลานานแทนที่จะหยุดชั่วคราวเพียงช่วงสั้นๆ Kevin Yang นักศึกษาปริญญาเอกจาก Nudler Lab และเพื่อนร่วมงานได้พัฒนาเทคนิคใหม่ในการจับเส้น
RNA ที่อัดแน่นในการย้อนรอยอย่างต่อเนื่อง เทคนิคนี้เรียกว่าการจัดลำดับความแตกแยกในระยะยาวหรือ LORAX-seq โดยจะอ่านโค้ดของ RNA เพื่อพิจารณาว่ายีนใดมีแนวโน้มที่ชัดเจนในการถอดความพวกเขาพัฒนาวิธีนี้เพื่อตรวจจับเหตุการณ์ย้อนรอยได้ดีขึ้น และสามารถรับข้อมูลนับพันที่อาจพลาดไปจากวิธีการก่อนหน้านี้
Bentley ศาสตราจารย์แห่งมหาวิทยาลัยโคโลราโดที่ไม่เกี่ยวข้องกับการศึกษานี้กล่าวกับ WordsSideKick.com “แม้ว่าพวกมันจะหายากมาก
แต่ก็มีวิธีที่มีประสิทธิภาพมากในการดึงพวกมันออกมา” “นี่เป็นครั้งแรกที่เราจัดทำแผนที่เหตุการณ์ที่ย้อนรอยอย่างเป็นระบบ” Nudler กล่าวกับ
WordsSideKick.com "และไม่ใช่แค่เหตุการณ์ย้อนรอยเท่านั้น แต่เหตุการณ์ที่กว้างขวางซึ่งโพลีเมอเรสย้อนรอยในระยะทางไกลจะติดอยู่เป็นเวลานาน
แม้ว่าทีมงานคาดหวังว่าจะพบเหตุการณ์ที่ย้อนรอยพวกเขาไม่ได้คาดการณ์ว่าเหตุการณ์เหล่านี้จะแพร่หลายเพียงใดพวกเขาสังเกตเห็นการย้อนรอยของยีนจำนวนมากที่เกี่ยวข้องกับการสร้างโปรตีนจาก RNA ควบคุมการแบ่งเซลล์ และการคัดลอกและบรรจุ DNA สำหรับการย้อนรอยอย่างต่อเนื่องนั้นถูกครอบตัดใกล้กับเขตของยีน ซึ่งเป็นจุดที่ RNA polymerase เริ่มการถอดรหัส และบริเวณรอยต่อ ซึ่ง RNA ถูกตัดออกเพื่อเอาส่วนที่ไม่จำเป็นสำหรับการสร้างโปรตีนออกแต่จริงๆ แล้ว อะไรคือบทบาทของการย้อนรอย?
นักวิจัยเสนอทฤษฎีที่น่าสนใจการย้อนรอยอาจช่วยให้ RNA polymerase พร้อมด้วยโปรตีนอื่น ๆ หลายร้อยชนิดที่จำเป็นสำหรับการถอดรหัสยีน “หยุด” แล้วเริ่มปั๊ม RNA ออกมาทันทีที่มีความจำเป็นเกิดขึ้น ในกระบวนการต่างๆ เช่น การแบ่งเซลล์ซึ่งในระหว่างนั้นจำเป็นต้องใช้โปรตีนจำนวนมหาศาล การย้อนรอยอาจทำให้สามารถกระตุ้นการทำงานของยีนได้อย่างรวดเร็วทันทีทันใด อย่างไรก็ตาม Bentley ตั้งข้อสังเกตว่า
“ฉันจะบอกว่าความสัมพันธ์ระหว่างการย้อนรอยและการต่อประกบนั้นยังไม่ได้รับการแก้ไข” จึงไม่ชัดเจนว่าการย้อนรอยมีบทบาทที่จุดต่อรอยหรือไม่นักวิจัยยังตั้งข้อสังเกตอีกว่ายีนที่เข้ารหัสฮิสโตน ซึ่งเป็นโปรตีนที่ DNA หมุนไปรอบๆเหมือนแกนม้วนสาย มีแนวโน้มที่จะถอยหลังมาก
ยีนเหล่านี้จำเป็นต้องมีความเคลื่อนไหวอย่างมากหลังจากที่ DNA คัดลอกตัวเองในระหว่างการแบ่งเซลล์
ดังนั้น การย้อนรอยนี้อาจช่วยจับเวลาการเปิดใช้งานในช่วงเวลาเฉพาะในกระบวนการด้วย LORAX-seq ที่ได้รับการจัดตั้งขึ้นเพื่อเป็นวิธีการใหม่ในการตรวจจับการย้อนรอยขณะนี้วิธีนี้สามารถใช้เพื่อศึกษาบทบาทของการควบคุมยีนประเภทนี้ในโรคของมนุษย์ เช่น มะเร็ง การแก่ชรา และในวงกว้างมากขึ้น
.