Salk İnstitutu tərəfindən

Andrew Zinin tərəfindən redaktə edilmişdir

 Redaktorların qeydləriArabidopsis thaliana (yaşıl və ağ) çiçəklərindən çıxarılan bir xromosom, histonlar (bənövşəyi) adlanan qablaşdırma zülalları ətrafında qıvrılmış DNT (mavi) aşkar etmək üçün açılır. Genetik xüsusiyyətlərə görə epigenetik dəyişikliklərin istiqaməti RIM transkripsiya faktorunun (çəhrayı) müvafiq DNT ardıcıllığına (çəhrayı) yerləşməsi ilə başlayır. Yerləşdirildikdən sonra RIM transkripsiya faktoru metilləşmə mexanizmlərini metil qruplarını (portağal) yaxınlıqdakı xüsusi sitozinlərə (narıncı) yapışdırmağa yönəldir. Kredit: Salk İnstitutu

Bir orqanizmdəki bütün hüceyrələr eyni genetik ardıcıllığa malikdir. Hüceyrə tipləri arasında fərqlənən onların epigenetikasıdır – hər hüceyrədə hansı genlərin ifadə olunmasına təsir edən diqqətlə yerləşdirilmiş kimyəvi etiketlər. Epigenetik tənzimləmədəki səhvlər və ya uğursuzluqlar həm bitkilərdə, həm də heyvanlarda ciddi inkişaf qüsurlarına səbəb ola bilər. Bu, müəmmalı sual yaradır: Əgər epigenetik dəyişikliklər genetikamızı tənzimləyirsə, onları tənzimləyən nədir?

Salk İnstitutunun alimləri indi bitki hüceyrələrindən istifadə edərək DNT metilasiyası adlanan bir növ epigenetik etiketin genetik mexanizmlərlə tənzimlənə biləcəyini kəşf ediblər. Bitki DNT metilasiyasının hədəflənməsinin bu yeni rejimi metilasiya aparatına hara bağlanacağını söyləmək üçün xüsusi DNT ardıcıllığından istifadə edir. Bu tədqiqatdan əvvəl elm adamları yalnız DNT metilasiyasının digər epigenetik xüsusiyyətlərlə necə tənzimləndiyini başa düşmüşdülər, buna görə də genetik xüsusiyyətlərin DNT metilasiya nümunələrinə də rəhbərlik edə biləcəyi kəşfi əsas paradiqma dəyişikliyidir.

Bu tapıntılar, tibb və kənd təsərrüfatında bir çox potensial tətbiqlərlə hüceyrə funksiyasını təmir etmək və ya artırmaq üçün proqnozlaşdırılan metilasiya nümunələrinin yaradılmasına yönəlmiş gələcək epigenetik mühəndislik strategiyaları haqqında məlumat verə bilər.

Salkda biokimyaçı və dosent, baş müəllif Julie Law, Ph.D., “Bitkilərdə və heyvanlarda DNT metilasiyasının səhv nümunələri inkişaf qüsurlarına, məməlilərdə isə xərçəng də daxil olmaqla, çoxsaylı xəstəliklərə səbəb ola bilər” deyir. “Bu, DNT metilasiyasının düzgün toxumalarda və inkişaf mərhələlərində düzgün yerlərə necə hədəfləndiyini anlamaq üçün çox vacib edir. Bizim işimiz bitki inkişafı zamanı yeni metilasiya nümunələrinin necə əmələ gəldiyi ilə bağlı uzun müddətdir davam edən suala cavab verir ki, bu da hüceyrə uyğunluğunu yaxşılaşdırmaq üçün DNT metilasiya modellərinin mühəndisliyi üzərində düşünməkdə ilk addımdır.”

Tədqiqat 21 noyabr 2025-ci ildə Nature Cell Biology jurnalında dərc edilib.

Epigenetik nədir?

Hüceyrə təlimatları dörd hərfdən ibarət bir dildə – A, T, C və G-də yazılmışdır, bunlar uzun DNT zəncirlərini meydana gətirmək üçün birləşirlər. Bu uzun, itaətsiz uzanan DNT daha sonra histonlar adlanan zülalların ətrafında yığılır və xromatinə qablaşdırılır – asan saxlama və daxil olmaq üçün ipləri kondensasiya edir və təşkil edir. Epigenom, bütün bunların üstündə edilən etiketlər və dəyişikliklər təbəqəsidir. Bu dəyişikliklər əsas kodun özünü dəyişdirmədən hansı genlərin ifadə olunduğunu və ifadə olunmadığını müəyyən edir, hüceyrə şəxsiyyəti və davranışında çevikliyə imkan verir.

Görkəmli epigenetik etiketlərdən biri DNT metilasiyasıdır ki, burada bir metil qrupu DNT kodunda xüsusi “C” hərflərinə yapışdırılır. Bu DNT metilasyon etiketləri əsas DNT-nin “söndürülməsi” üçün siqnal verir – “susdurma” adlanan proses. Bu proses yalnız gen ifadəsini tənzimləmək üçün deyil, həm də transpozonlar adlanan xüsusi genetik elementlərin ifadəsini susdurmaq üçün vacibdir. İfadə edilərsə, transpozonlar genom daxilində hərəkət edə bilər, nəticədə genomun qeyri-sabitliyi və orqanizmin uyğunluğu azalır.

Hər bir hüceyrə tipində spesifik DNT metilasiya nümunələrinin necə, nə vaxt və niyə əmələ gəldiyini başa düşmək bioloji inkişafı izah etmək və epigenetik disfunksiyanı ehtiva edən xəstəliklərin müalicəsi üçün çox vacibdir.

Law izah edir: “Biz epigenetik etiketin qurulduqdan sonra necə saxlanıla biləcəyi haqqında çox şey öyrəndik”. “Ancaq hüceyrə müxtəlifliyi davamlı nümunələrdən irəli gəlmir; o, yeni nümunələrdən gəlir və yeni epigenetik nümunəni yaradan şey haqqında hələ bilmədiyimiz çox şey var. Bu iş epigenetik müxtəlifliyin mövcudluğunu bilmək və onun necə yarandığını anlamaq arasındakı boşluğu doldurur.”

Bitkilərdə epigenetikanı niyə öyrənirlər?

Arabidopsis thaliana, onilliklər ərzində əsas laboratoriya bitkisi kimi xidmət edən kiçik çiçəkli alaq otudur. Arabidopsis epigenetik modifikasiyalarda eksperimental pozuntulara insan və ya digər heyvan hüceyrələrindən daha yaxşı dözür, buna görə də epigenetika ilə bağlı fundamental sualları araşdırmaq üçün əla mənbədir.

Arabidopsisdə DNT metilasiya nümunələri CLASSY adlı dörd zülal ailəsi tərəfindən tənzimlənir. Hər bir CLASSY genomun müxtəlif yerlərində DNT metilasiya mexanizmini işə salmaqdan məsuldur. Lakin bu Salk araşdırmasından əvvəl elm adamları CLASSY3-ün bu hədəfə necə vasitəçilik etdiyini dəqiq bilmirdilər. Bir genomik hədəf toplusunu digərləri üzərində seçməsinə nə səbəb oldu?

Epigenetik dəyişikliklər necə başlayır?

Bu nöqtəyə qədər elm adamları yalnız digər epigenetik xüsusiyyətlər tərəfindən hədəflənən DNT metilasiyası hadisələrini müşahidə etmişdilər. Məsələn, əgər DNT-nin bir hissəsi həmin bölgədə gen ifadəsini basdırmaq üçün artıq metilləşdirilibsə, elm adamları hüceyrə bölünməsindən sonra bu metilasyonun eyni yerdə necə bərpa oluna biləcəyini başa düşdülər.

Bu özünü gücləndirən mexanizmlər orqanizmin həyatı boyu epigenetik nümunələri saxlamaq üçün xüsusilə vacibdir. Məsələn, qocalmış bir dəri hüceyrəsi iki yeni dəri hüceyrəsinə bölündükdə, siz tamamilə yeni bir epigenetik modelin ortaya çıxmasını və birdən bu dəri hüceyrələrini xərçəng hüceyrələrinə yenidən proqramlaşdırmasını istəməzsiniz.

Bəs inkişaf zamanı və ya ətraf mühitin stresinə cavab olaraq, epigenetik nümunənin dəyişməsini istədiyiniz hallar haqqında nə demək olar? Bitki hüceyrəsi böyümək, cavab vermək və bərpa etmək üçün epigenetikasını necə dəyişdirir?

“Bu nümunələr necə başlayır?” ilk müəllif Guanghui Xu, Ph.D., Hüquq laboratoriyasında postdoktoral tədqiqatçı soruşur. “Biz bitki inkişafı, bərpası və çoxalması zamanı yeni DNT metilasiya nümunələri yaratmaq üçün epigenetik yolları nəyin tənzimlədiyini bilmək istədik.”

Bitki DNT metilasyonunda paradiqma dəyişikliyi

Bu DNT metilasiya nümunələrinin necə yarandığını araşdırmaq üçün tədqiqatçılar Arabidopsis reproduktiv toxumalarına baxdılar. İrəli genetik ekrandan istifadə edərək, epigenetik xüsusiyyətlərdən daha çox DNT ardıcıllığına əsaslanan hədəflənən DNT metilasiyasının yeni rejimini kəşf etdilər.

Qrupun “RIM” adlandırdığı bir neçə zülalın bitki reproduktiv toxumalarında spesifik genomik hədəflərdə DNT metilasiyasını yaratmaq üçün CLASSY3 ilə hərəkət etdiyi aşkar edildi. Bu RIM-lər Reproduktiv MERİSTEM (REM) transkripsiya faktorları adlanan böyük zülal sinifinin alt dəstidir. Bu, CLASSY3 hədəflənməsini xüsusi DNT ardıcıllığı ilə əlaqələndirdiyi üçün təəccüblü bir kəşf idi. Alimlər DNT-nin bu uzantılarını pozduqda, bütün metilasiya yolu uğursuz oldu.

Tədqiqat RIM-lərin yerləşdiyi DNT-nin əvəzedilməz uzantılarını müəyyən edir, bundan sonra onlar qonşu DNT ardıcıllığına təsir etmək üçün DNT metilasiya mexanizmini hədəfə ala bilərlər. Bu hədəfləmə fəaliyyəti nəticəsində tədqiqatçılar müxtəlif RIM birləşmələrini ifadə edən reproduktiv toxumalarda unikal metilasiya nümunələrinin əmələ gəldiyini nümayiş etdirdilər. Alimlər ilk dəfədir ki, bitkilərdə DNT metilasiyasının epigenetik prosesini idarə edə biləcək genetik ardıcıllığı müəyyən edirlər. Arabidopsisdə çoxlu REM genləri olduğundan, komanda əlavə ailə üzvlərinin epigenetik tənzimləməyə nəzarətdə rollarını genişləndirərək DNT metilasiyası ilə əlaqələndiriləcəyini gözləyir.

UC Los Angeles-də Ph.D. Steven Jacobsenin rəhbərlik etdiyi başqa bir Təbiət Hüceyrə Biologiyası tədqiqatı xüsusi DNT ardıcıllığı vasitəsilə DNT metilasiyasının tənzimlənməsində iştirak edən bir neçə REM genini müəyyən etmək üçün əks genetikadan istifadə etdi – daha sonra epigenetik proseslərin idarə edilməsində genetik məlumatın rolunu dəstəkləyir.

Law deyir: “Bu tapıntı bitkilərdə metilasiyanın necə tənzimləndiyinə dair sahənin baxışında paradiqma dəyişikliyini əks etdirir”. “Bütün əvvəlki işlər metilasyonu hədəfləmək üçün başlanğıc yer kimi əvvəllər mövcud olan epigenetik dəyişikliklərə işarə etdi, bu da yeni metilasiya nümunələrinin necə yarana biləcəyini izah etmədi. İndi biz bilirik ki, DNT özü də yeni metilasiya nümunələrinə göstəriş verə bilər.”

Genetik xüsusiyyətlərin epigenetik dəyişikliklərə göstəriş verə biləcəyinə dair bu yeni sübutlarla silahlanmış tədqiqatçıların araşdırması üçün bir sıra əlavə suallar var, o cümlədən bu yeni hədəfləmə rejiminin bitki inkişafı zamanı nə qədər geniş yayıldığı və DNT metilasiyasının yeni modellərini hazırlamaq üçün necə istifadə oluna biləcəyi. Metilasiyanı hədəfləmək üçün DNT ardıcıllığından istifadə etmək bacarığı kənd təsərrüfatı və insan sağlamlığı üçün geniş təsirə malikdir, çünki bu, epigenetik qüsurları yüksək dərəcədə dəqiqliklə düzəltməyə imkan verəcəkdir.

Daha çox məlumat: Guanghui Xu et al, Transkripsiya faktorları bitki reproduktiv toxumalarında DNT metilasiya nümunələrinə göstəriş verir, Nature Cell Biology (2025). DOI: 10.1038/s41556-025-01808-5

Jurnal məlumatı: Nature Cell Biology Salk İnstitutu tərəfindən təmin edilmişdir