اولین تصویر میکروسکوپی از عامل سرطان

تصویر فوق احتمالا خطرناک‌ترین ارتباط درون سلولی را که تاکنون به تصویر کشیده ‌شده، نشان می‌دهد. این تصویر توسط میکروسکوپ و به صورت تصویربرداری در گذر زمان‌ (Time lapse) از دی.ان.ای تک‌رشته‌ای گرفته شده که دارد با یک رشته نادرست از کروموزومی دیگر جفت می‌شود. این فرایند می‌تواند با ظهور جهش‌های خطرناک و آغاز سرطان مرتبط باشد.

سلول‌های بدن ما به سیستم‌های متعدد بازسازی و تصحیح خطاهای احتمالی تجهیز شده‌اند تا در صورت بروز اشتباهاتی مشابه به سرعت وارد عمل شده و از ایجاد ماده ژنتیکی معیوب جلوگیری کنند؛ اما گاهی روند بازسازی درست پیش نمی‌رود و به جفت‌شدن دو رشته دی.ان.ای از دو کروموزوم مختلف منجر می‌شود. این تداخل اشتباه که جابجایی کروموزومی نامیده می‌شود، می‌تواند به جهش‌های خطرناک بیانجامد و به عنوان یکی از نشانه‌های سلول‌های سرطانی شناخته می‌شود.

محققان هم هنوز نمی‌دانند اولین جابجایی کروموزومی چرا و چگونه رخ می‌دهد. تام میستلی و همکارانش در مؤسسه ملی سرطان در بتسدا، مریلند تصمیم گرفته‌اند نگاه دقیق‌تری به این فرایند بیندازند. آنها به کمک مهندسی ژنتیک دی.ان.ای خاصی را طراحی کردند که می‌توانست در معرض آنزیم‌های تهیه‌شده از مخمر بشکند و به مکانیسم‌های بازسازی سلولی اجازه دهد فعالیت خود را شروع کنند.

اعضای این گروه برای اینکه بتوانند ارتباطات تازه را ردیابی کنند، محل‌های شکست در هر یک از رشته‌های دی.ان.ای را با پروتئین فلورسنت نشانه‌گذاری کردند تا زیر میکروسکوپ قابل‌رؤیت شود. میستلی می‌گوید: «تاکنون هیچ روش و تکنیکی برای انجام چنین کاری در وضوح تصویری که نیاز هست، وجود نداشت».

او و همکارانش طی 24 ساعت از چندین‌هزار سلول تصویر تایم‌لپس تهیه کردند تا ببینند در کدام سلول‌ها جابجایی کروموزومی اتفاق می‌افتد. مشاهدات آنها نشان می‌داد تک‌رشته‌های دی.ان.ای شروع به حرکت کرده و تلاش می‌کنند به شکل تصادفی به رشته صحیح متصل شوند. اغلب این رشته‌ها صحیح عمل می‌کردند و بخش بزرگی از آنها می‌توانستند بلافاصله پس از شکست با رشته مکمل خود جفت شوند.

جابجایی‌های کمیاب
هر از گاهی دو دی.ان.ای تک‌رشته‌ای از دو کروموزوم مختلف به اشتباه به یکدیگر متصل می‌شوند. میستلی می‌گوید: «ایجاد این جفت‌های اشتباه بسیار نادر است. برای اینکه به یک مورد از این جفت‌ها برخورد کنید باید حداقل 300 سلول را زیر نظر داشته باشید».

جاب دکر از دانشکده پزشکی دانشگاه ماساچوست در ورسستر که تحت‌تأثیر این تحقیق قرار گرفته، می‌گوید: «این تحقیق یک نقطه ابهام در مورد جابجایی کروموزومی را که سال‌هاست وجود دارد، برطرف می‌کند و نشان می‌دهد تک‌رشته‌های شکسته‌شده دی.ان.ای برای پیدا کردن جفت مناسب خود حرکت می‌کنند؛ اما این حرکت محدود است».

در حال حاضر میستلی و همکارانش دارند روی علل شکل‌گیری این جفت‌های کروموزومی معیوب کار می‌کنند. هر سلول به شکل طبیعی به مجموعه‌ای از آنزیم‌ها برای بازسازی و تصحیح قطعات شکسته دی.ان.ای دسترسی دارد؛ اما تحقیقات نشان می‌دهد پدیده نادر جابجایی کروموزومی در سلول‌هایی که آنزیم DNAPK یا پروتئین‌کیناز وابسته به دی.ان.ای در آنها درست عمل نمی‌کند تقریبا 10 برابر بیشتر از سلول‌هایی است که DNAPK در آنها فعال است.

میستلی می‌گوید: «پیش از این هم می‌دانستیم DNAPK در جابجایی کروموزومی نقش دارد؛ اما تنها می‌توانستیم از روی محصول نهایی بگوییم که وجود یا عدم‌وجود آن در سلول می‌تواند به ایجاد چه تعداد جفت معیوب منجر شود».

این نتایج تازه باعث می‌شوند بتوانیم نقش آنزیم DNAPK را با جزئیات بیشتری بررسی کنیم. به عنوان مثال مطالعات میستلی و همکارانش نشان می‌دهد این آنزیم مانع از انتخاب جفت‌های اشتباه توسط تک‌رشته‌های دی.ان.ای نمی‌شود؛ بلکه در مراحل بعد امکان جفت شدن این رشته‌ها را به حداقل خواهد رساند.

محققان امیدوارند با بررسی دقیق‌تر فرایند جابجایی کروموزومی بتوانند به استراتژی‌هایی برای ممانعت از اتصال تک‌رشته‌های نادرست به یکدیگر دست پیدا کنند و احتمال ابتلا به بعضی از انواع سرطان را به حداقل برسانند.

نتایج این تحقیق در نشریه ساینس منتشر شده است.