اكتشف العلماء أن إعادة التركيب الوراثي للحيوانات المنوية البشرية يبدأ مبكرًا، وربما تكون بعض الاختلافات الجينية قد تشكلت قبل الانقسام الاختزالي.

الملخص:

تشير دراسة جديدة إلى أن بعض التغيرات الجينية في الحيوانات المنوية البشرية قد تحدث في وقت أبكر مما كان يعتقده العلم منذ فترة طويلة. بعض عمليات إعادة تركيب الحمض النووي التي تحدد التنوع الجيني للنسل لا تحدث جميعها خلال مرحلة الانقسام الاختزالي المطلوبة لإنتاج الحيوانات المنوية، ولكنها قد تكون بدأت في وقت سابق أثناء تطور الخلية.

تم إكمال هذا البحث المنشور في مجلة Nature بالاشتراك مع معهد سانجر في المملكة المتحدة وجامعة كامبريدج وعدد من المؤسسات المتعاونة. وركزت الدراسة على ظاهرة وراثية تعرف باسم "تحويل الجينات غير القابلة للتبديل". في هذه العملية، يقوم أحد الكروموسومات بنسخ تسلسل صغير من الحمض النووي من نظيره، مما يغير نسخة الجينات المحمولة في موقع معين.

يرث كل طفل مجموعة من الكروموسومات من والديه، ولكن هذه المعلومات الجينية لا يتم نسخها ونقلها مباشرة إلى الجيل التالي. أثناء تكوين الحيوانات المنوية والبويضات، تخضع المادة الوراثية لعملية إعادة تركيب معقدة، مما يعطي النسل مزيجًا فريدًا من الجينات.

يعتقد المجتمع العلمي عمومًا أن عمليات إعادة التركيب هذه تحدث بشكل رئيسي أثناء الانقسام الاختزالي. وجهة النظر التقليدية هي أن آليتي إعادة التركيب الجيني الرئيسيتين، بما في ذلك "التهجين"، والذي يتضمن تبادل واسع النطاق ثنائي الاتجاه لأجزاء الكروموسوم، و"تحويل الجينات غير التبادلي"، الذي ينسخ أجزاء قصيرة من الحمض النووي، هما جزء من عملية الانقسام الاختزالي.

ومع ذلك، فإن الأبحاث الجديدة تتحدى هذا الرأي السائد منذ فترة طويلة.

وأشار الباحثون إلى أنه قبل الدخول في الانقسام الاختزالي، خضعت الخلايا الأولية التي ستشكل الحيوانات المنوية بالفعل لجولات متعددة من الانقسام الخلوي العادي، أي الانقسام. وتتجدد هذه الخلايا باستمرار طوال حياة الرجل للحفاظ على استمرار إنتاج الحيوانات المنوية.

لتحديد ما إذا كانت بعض أحداث تحويل الجينات قد تحدث في هذه المرحلة المبكرة، قام الفريق بتحليل 15 عينة من الحيوانات المنوية من 13 متبرعًا ذكرًا، تتراوح أعمارهم من 24 إلى 74 عامًا.

بمساعدة تقنية تسلسل الحمض النووي عالية الدقة وطويلة القراءة، يمكن للباحثين ملاحظة معلومات الأجزاء الطويلة بشكل مباشر في جزيئات الحمض النووي المفردة، وبالتالي اكتشاف العديد من أحداث إعادة التركيب الصغيرة التي يصعب اكتشافها باستخدام طرق التسلسل التقليدية.

أظهرت نتائج التحليل أن فريق البحث حدد إجمالي 7143 حدثًا متقاطعًا و2382 حدث تحويل جيني غير تبادلي في الحمض النووي للحيوانات المنوية.

ثم قارن الباحثون هذه النتائج مع عينات الحمض النووي في الدم وبيانات من الدراسات المنشورة السابقة. أظهرت النتائج أن نسبة كبيرة من تحويلات الجينات غير التبادلية لم يكن لها خصائص الانقسام الاختزالي النموذجية، ولكنها كانت أشبه بنتيجة إصلاح الحمض النووي الذي تشكل قبل الدخول في الانقسام الاختزالي.

أظهر المزيد من التحليل أن هذه الأحداث كانت مرتبطة بشكل ضعيف بالنقاط الساخنة لتكسر الحمض النووي التي تحدث عادة أثناء الانقسام الاختزالي وتفتقر إلى العديد من التوقيعات الجينية التي توقعها الباحثون. وبدلاً من ذلك، فإنها تظهر في كثير من الأحيان في المناطق الهشة من الجينوم المعرضة لتلف الحمض النووي وتكسره.

وجد فريق البحث أيضًا أن الأنماط المماثلة لا توجد في عينات الحيوانات المنوية فحسب، بل يمكن أيضًا ملاحظة الإشارات ذات الصلة في الحمض النووي للدم. لا تخضع خلايا الدم للانقسام الاختزالي، لذا فإن هذه النتيجة تدعم فكرة أن بعض التحويلات الجينية قد تنجم عن أنشطة إصلاح الحمض النووي أثناء انقسام الخلايا العادي.

يعتقد الباحثون أن هذا يعني أن إعادة التركيب الجيني في الخلايا الجرثومية الذكرية قد تحدث بالفعل على مرحلتين. تحدث المرحلة الأولى أثناء الانقسام اليومي للخلايا الأولية للحيوانات المنوية، وتحدث المرحلة الثانية أثناء الانقسام الاختزالي بالمعنى التقليدي.

بالإضافة إلى ذلك، وجدت الدراسات اختلافات كبيرة بين الأفراد. حتى التوائم المتماثلة التي لها خلفيات وراثية متطابقة للغاية لا تمتلك بالضبط نفس نمط التحويل الجيني الجزئي في الحيوانات المنوية الخاصة بها. ويشير هذا إلى أن مثل هذه التغيرات الجينية لا تتحدد بالكامل عن طريق العوامل الوراثية ولكنها تتأثر بأحداث بيولوجية مستقلة خلال حياة الفرد.

وقال العلماء إن هذا الاكتشاف لا يغير فهم آلية تكوين الحيوانات المنوية فحسب، بل يوفر أيضًا منظورًا جديدًا لدراسة الأمراض الوراثية وخصوبة الذكور والتطور طويل المدى للجينوم.

يعتقد فريق البحث أن التحليل الإضافي لعمليات إصلاح الحمض النووي وإعادة تركيبه المبكرة في المستقبل قد يساعد في تفسير أصل بعض الاختلافات الجينية ولماذا تخضع بعض مخاطر الأمراض لتغيرات معقدة في وراثة الأسرة.

مع التقدم المستمر في تكنولوجيا التسلسل، يكتشف العلماء تدريجيًا أن عملية تكوين التنوع الجيني البشري أكثر تعقيدًا بكثير مما كان متصورًا من قبل. توضح هذه الدراسة أن بعض التغييرات المهمة التي تحدد الاختلافات الجينية للنسل ربما حدثت بهدوء قبل سنوات عديدة من دخول الحيوانات المنوية إلى المرحلة النهائية من النضج.