عملکردهای جدید پروتئین Cohesin

Cohesin یک کمپلکس پروتئینی است که برای جداسازی کروموزوم در سلول‌های در حال تقسیم ضرورت دارد. شواهد اخیر نشان می‌دهد که این پروتئین نقش مهمی در معماری سه‌بعدی ژنوم ایفا می‌کند که مانند یک ساختار شکل می‌گیرد و فرایندهای ضروری سلولی از قبیل بیان ژن، تکثیر و اصلاح DNA را تنظیم می‌کند. جهش‌های Cohesin در برخی از انواع سرطان و در بیماری‌های نادر تحت عنوان cohesinopathyها، تشخیص داده شده است.

در مطالعه‌ای به رهبری آنا لوسادا، به عملکردهای جدید cohesin در سلول‌های بنیادی جنینی موش پرداخته شده است که می‌تواند به فهم علل این اختلالات کمک کند. Cohesin دارای دو نوع است که حاوی SA1 یا SA2 می‌باشد. در حالی که ژن کدکننده SA2، میزان جهش‌های بالایی را در انواع خاصی از سرطان، مانند سرطان مثانه و لوسمی حاد میلوئید به خود اختصاص می‌دهد، جهش‌های SA1 بسیار کم‌ هستند.

مطالعه‌ای که در سال ۲۰۱۸ انجام شد، نقش‌های مشخص هر کدام از این نوع پروتئین‌ها را در سلول‌های اپیتلیال انسان نشان داد. در حال حاضر، محققان قدم بعدی را برای تعیین نقش هر کدام، در معماری ژنومی خاص سلول‌های بنیادی جنینی، یعنی سلول‌های پرتوانی که می‌توانند تمام انواع سلول‌های موجود در بدن را تولید کنند، برداشته‌اند.

محققان با مطالعه سلول‌های بنیادی جنینی موش -مشابه سلول‌های بنیادی جنینی انسان- چگونگی نقش cohesin-SA1 در تمایز نواحی مشخصی از ژنوم (TAD) را بررسی می‌کنند. cohesin-SA2 به تنظیم بیان ژن‌هایی که نقش مهمی در حفظ پرتوانی سلول‌های بنیادی دارند، کمک می‌کند. پرتوانی ویژگی است که سلول‌های بنیادی را قادر می سازد که منشأ تمام انواع سلول‌هایی باشند که ارگانیسم بالغ را تشکیل می‌دهند.

لوسادا، نویسنده این مقاله، می‌گوید: “آنچه ما در سلول‌های انسانی مشاهده کردیم در انواع مختلف سلول‌ها مانند سلول‌های بنیادی جنینی موش نیز وجود دارد و این نکته بسیار حائز اهمیت است.” علاوه بر این، این مطالعه شواهدی مبنی بر وجود نقش جدید cohesin در ساختار سلول‌های بنیادی جنینی را نیز ارائه می‌دهد. وی افزود: “ما برای اولین بار نشان دادیم که Cohesin چگونه به سازماندهی سه بعدی واحدهای پلی‌کمب کمک می‌کند.”

واحدهای پلی‌کمب، ساختارهای ژنومی سه بعدی هستند که تنها در سلول‌های بنیادی جنینی وجود دارند، به این معنی که یک پیچ اضافی در ساختار این ژنوم هستند که در سلول‌های بافتی تمایزیافته وجود ندارند. این نواحی، به واسطه حضور کمپلکس‌های پلی‌کمب، مشخص می‌شوند. هم‌چنین برای جلوگیری از بیان ژن‌هایی که پروتئین‌هایی را با عملکردهای خاص در رشد جنین کد می‌کنند، ضروری هستند. کمپلکس‌های پلی‌کمب هم‌چنین در سرکوب ژن‌هایی دخالت دارند که در غیر این صورت به آغاز تمایز سلولی کمک می‌کردند.

این مطالعه نشان داد که cohesin-SA2 در این نواحی نیز وجود دارد، که در حفظ یکی از پروتئین‌های کمپلکس‌ پلی‌کمب نقش دارد. هنگامی که سطوح cohesin-SA2 در سلول‌ها کاهش می‌یابد، سطوح پروتئین پلی‌کمب در واحدهای کروماتینی مربوطه نیز کاهش می‌یابد. در نتیجه، تاخوردگی کروموزوم سست شده و بیان ژن‌های مختص بافت به درستی خاموش نمی‌شود. سلول‌های بنیادی دیگر پرتوان نبوده و قادر به عملکرد درست نخواهند بود.

علاوه بر این، واحدهای پلی‌کمب در مناطق کروموزومی مشخص، حتی در کروموزوم‌های مختلف، با یکدیگر تعامل دارند و بنابراین سرکوب ژن را تسهیل می‌کنند. cohesin-SA2 در حفظ پروتئین‌های پلی‌کمب باعث توسعه چنین تعاملاتی می‌شود. مطالعات بیش‌تری برای درک ارتباط بین cohesin و کمپلکس‌های پلی‌کمب در سلول‌های تمایزیافته و مشارکت احتمالی آن در پیدایش سلول‌های سرطانی موردنیاز است. به گفته محققان، این سیر تحقیقات به ما در درک نقش جهش‌های cohesin در توسعه سرطان و cohesinopathyها، مانند سندرم Cornelia de Lange کمک خواهد کرد.