چگونگی تکامل قلب انسان در سطح مولکولی
دانشمندان در تحقیقات جدیدشان به بررسی چگونگی تکامل کنترل‌های ترجمه‌ای در قلب‌های انسان و پریمات‌ها (نخستی‌ها) می‌پردازد. این تحقیق با استفاده از تکنیک‌های پروفایلینگ ریبوزومی و ترنسکریپتومیک، به شناسایی تغییرات ژنتیکی و ترجمه‌ای پرداخته است که در طول تکامل در قلب‌های پریمات‌ها و انسان به وقوع پیوسته‌اند. انسان‌ها از نظر ژنتیکی ۹۸-۹۹٪ مشابه شامپانزه‌ها هستند. پس چه چیزی باعث تفاوت‌های ما می‌شود؟ در سال‌های اخیر، محققان نشان داده‌اند که تنظیم بیان ژن – یعنی زمان، مکان و میزان فعالیت ژن‌ها – به‌طور گسترده‌ای مسئول مسیرهای تکاملی متفاوت ما است. این تحقیقات به سازگاری‌های خاصی در نحوه تنظیم ژن‌ها اشاره می‌کند که قلب انسان را از نزدیک‌ترین خویشاوندان تکاملی ما متمایز می‌کند.
اهمیت انرژی‌زایی در قلب انسان
یکی از مهم‌ترین یافته‌های این تحقیقات، مربوط به تکامل ژن‌های مرتبط با تولید انرژی در قلب است. قلب انسان برای پشتیبانی از بدن با جثه بزرگ‌تر و نیازهای انرژی بالاتر، مجبور بوده است به تغییرات مهمی در سطح ژنتیکی و ترجمه‌ای پاسخ دهد. در مقایسه با پریمات‌های کوچک‌تری مانند ماکاک‌ها که ضربان قلب سریع‌تری دارند، قلب انسان به شیوه‌ای متفاوت از انرژی استفاده می‌کند. این تفاوت‌ها در تنظیم ژن‌های مرتبط با زنجیره اکسیداتیو فسفوریلاسیون در میتوکندری، به ویژه در کمپلکس‌های IV و V، دیده می‌شود. تغییرات ترجمه‌ای این ژن‌ها در انسان سریع‌تر از سایر پستانداران تکامل یافته‌اند، که نشان‌دهنده تطابق‌های ژنتیکی برای بهبود کارایی قلب است.
کشف ژن‌ها و ORFهای جدید
در تحقیقات انجام شده ، بیش از ۱۰۰۰ نوآوری ژنتیکی شناسایی شد که بسیاری از آن‌ها مختص انسان هستند. محققان ۵۵۱ ژن و ۵۰۴ فریم خواندن باز کوچک (sORFs) را کشف کردند که به نظر می‌رسد نقش مهمی در عملکرد قلب دارند. فریم‌های خواندن باز کوچک بخش‌های کوچکی از DNA هستند که اغلب به دلیل اندازه کوچکشان نادیده گرفته می‌شوند و به عنوان ژن‌های کلاسیک طبقه‌بندی نمی‌شوند، اما پروتئین‌های خاصی را کد می‌کنند که ممکن است برای عملکرد قلب حیاتی باشند.
علاوه بر این، تیم تحقیقاتی ۷۶ ژن مشترک بین انسان و دیگر پریمات‌ها را کشف کرد که به طور خاص در قلب انسان بیان می‌شوند. این ژن‌ها به عنوان عوامل کلیدی در تکامل قلب انسان و تطابق آن با نیازهای خاص انرژی مطرح شده‌اند. بسیاری از این ژن‌ها تنها در قلب انسان فعال هستند و این یافته‌ها به اهمیت درک تطابق‌های زیست‌شناختی انسان‌ها در مقایسه با دیگر گونه‌ها اشاره دارد. یکی از یافته‌های شگفت‌انگیز این بود که تنظیم ژن‌ها در قلب انسان بسیار متفاوت از دیگر پریمات‌ها است. به لحاظ آناتومی، بیشتر قلب‌های پستانداران مشابه هستند، اما در مورد انسان، نوآوری‌های تکاملی بسیاری در تنظیم ژن‌ها و ترجمه پروتئین‌ها وجود دارد.
محققان صدها ژن و میکروپروتئین – پروتئین‌های کوچکی که پیش از این در اندام‌های انسانی شناسایی شده بودند، اما عملکرد آن‌ها ناشناخته بود – را کشف کردند که در قلب انسان وجود دارند ولی در قلب پریمات‌های دیگر، موش‌ها یا رت‌ها مشاهده نمی‌شوند. بسیاری از این ژن‌ها و میکروپروتئین‌های انسانی در نارسایی قلبی به‌طور غیرطبیعی بیان می‌شوند که نشان می‌دهد ممکن است نقش مهمی در عملکرد قلب و بیماری داشته باشند و هدف‌های جدیدی برای درمان ارائه دهند.
ارتباط با بیماری‌های قلبی
یکی از نکات کلیدی مطالعات اخیر انجام شده، ارتباط یافته‌های ژنتیکی با بیماری‌های قلبی است. برخی از ژن‌ها و پروتئین‌های کشف‌شده مختص انسان، نقش بالقوه‌ای در بیماری‌های قلبی مانند کاردیومیوپاتی گشاد شده (dilated cardiomyopathy) ایفا می‌کنند. این نتایج نشان می‌دهند که تغییرات ژنتیکی در تکامل قلب انسان ممکن است به نحوی در بروز یا پیشرفت بیماری‌های قلبی دخیل باشند. بنابراین، هدف‌گیری این ژن‌ها برای درمان‌های جدید ممکن است فرصت‌های درمانی جدیدی برای بیماران قلبی فراهم کند.
چالش استفاده از مدل‌های حیوانی
یکی از نتایج مهم این مطالعه، سوالات جدی درباره استفاده از مدل‌های حیوانی مانند موش‌ها برای مطالعه ژنتیک بیماری‌های قلبی انسان است. با توجه به تفاوت‌های ژنتیکی بین گونه‌ها، برخی از ژن‌ها تنها در قلب انسان فعال هستند و در دیگر گونه‌ها نقشی ندارند. برای مثال، ژن SGLT1 که در قلب انسان فعال است، در پریمات‌های غیرانسانی، موش‌ها و رت‌ها تنها در کلیه‌ها فعال است. این تفاوت‌ها می‌تواند به نتایج گمراه‌کننده در آزمایش‌های بالینی منجر شود که بر اساس مدل‌های حیوانی انجام می‌شوند.
این یافته‌ها به اهمیت درک زمینه تکاملی ژن‌ها در قلب و چالش‌هایی که محققان در استفاده از حیوانات برای مطالعه بیماری‌های انسانی با آن‌ها روبرو هستند، اشاره می‌کند. محققان بر این باورند که تحقیقات آینده باید با در نظر گرفتن تفاوت‌های تکاملی، به مدل‌های انسانی‌تر برای بررسی دقیق‌تر بیماری‌های قلبی و درمان آن‌ها توجه بیشتری داشته باشند.
استفاده از سلول‌های بنیادی برای مدل‌سازی
یکی دیگر از نوآوری‌های این تحقیقات جاری، استفاده از سلول‌های بنیادی پرتوان القاشده (iPSC) برای مدل‌سازی رشد و تکامل قلب انسان و پریمات‌ها است. این سلول‌ها که از سلول‌های پوست بالغ بازبرنامه‌ریزی شده و به حالت پرتوان تبدیل می‌شوند، به عنوان مدل‌هایی برای مطالعه سلول‌های قلبی در مراحل مختلف توسعه استفاده شده‌اند. با این مدل‌ها، محققان توانستند مشاهده کنند که چگونه ژن‌های خاص در مراحل مختلف رشد قلبی انسان و پریمات‌ها فعال می‌شوند. این یافته‌ها نشان می‌دهند که برخی از این ژن‌ها ممکن است به نیازهای خاص قلب انسان پاسخ دهند و به عملکرد آن در طول زمان کمک کنند.
نتیجه‌گیری
مطالعه حاضر با ارائه تصویری جامع از تکامل قلب انسان در سطح مولکولی، نشان می‌دهد که چگونه تغییرات ژنتیکی و ترجمه‌ای منجر به تطابق‌های خاصی در قلب انسان شده‌اند. این تغییرات نه تنها در فرآیندهای تولید انرژی قلب نقش دارند، بلکه ممکن است به عنوان عواملی کلیدی در بروز بیماری‌های قلبی عمل کنند. همچنین، این تحقیق به چالش‌های استفاده از مدل‌های حیوانی برای مطالعه بیماری‌های قلبی انسان اشاره دارد و ضرورت تمرکز بر مدل‌های انسانی‌تر را برجسته می‌کند. این یافته‌ها می‌توانند راه‌های جدیدی برای درمان بیماری‌های قلبی ارائه دهند و اهمیت درک تکامل ژنتیکی را در پزشکی مدرن روشن کنند.
گردآرونده: سرکار خانم منا ابن التراب
Reference: “Evolution of translational control and the emergence of genes and open reading frames in human and non-human primate hearts” by Jorge Ruiz-Orera, Duncan C. Miller, Johannes Greiner, Carolin Genehr, Aliki Grammatikaki, Susanne Blachut, Jeanne Mbebi, Giannino Patone, Anna Myronova, Eleonora Adami, Nikita Dewani, Ning Liang, Oliver Hummel, Michael B. Muecke, Thomas B. Hildebrandt, Guido Fritsch, Lisa Schrade, Wolfram H. Zimmermann, Ivanela Kondova, Sebastian Diecke, Sebastiaan van Heesch and Norbert Hübner, 24 September 2024, Nature Cardiovascular Research.
دیدگاهتان را بنویسید