การทำงานหลายอย่างทางพันธุกรรมและการแก้ปัญหาความขัดแย้งของเซลล์

ถามนักชีววิทยาหรือผู้รักธรรมชาติเกือบทุกคนในเรื่องนั้น และพวกเขาน่าจะยกย่องความหลากหลายของชีวิตบนโลกนี้อย่างมีความสุข ที่น่าตื่นตาตื่นใจ แม้อาจจะไม่ค่อยชื่นชมยินดี ความหลากหลายที่มีอยู่ภายในร่างกายของเราเอง เรามีเซลล์กล้ามเนื้อที่หดตัว เซลล์สมองที่สื่อสารด้วยสัญญาณไฟฟ้า เซลล์ภูมิคุ้มกันที่ต่อสู้กับผู้บุกรุก เซลล์ที่รับแสง เซลล์ที่หลั่งกรด น้ำดี หรืออินซูลิน เซลล์กระดูก เซลล์ผิว. แม้แต่เซลล์ที่สามารถสร้างคนใหม่ได้ทั้งหมด ความหลากหลายดังกล่าวมาจากไหน? ในแง่ของความหลากหลายของสัตว์และพืช เราสามารถหันไปหาคำตอบของดาร์วินในสมัยก่อนได้: วิวัฒนาการได้เปลี่ยนแปลงรหัสพันธุกรรม ชุดเครื่องมือสำหรับสร้างสิ่งมีชีวิตแต่ละชนิด ของสายพันธุ์ต่างๆ เพื่อสร้างรูปแบบและพฤติกรรมที่แตกต่างกัน แต่เซลล์ที่หลากหลายภายในร่างกายของเราล้วนมีรหัสพันธุกรรมเหมือนกัน และเมื่อพูดถึงการสร้างเซลล์ต่างๆ เหล่านี้จากชุดเครื่องมือเดียวกัน การใช้เครื่องมือเหล่านั้นอย่างยืดหยุ่นคือกุญแจสำคัญ ส่วนใหญ่ทำได้โดยการเปิดใช้งานยีนที่แตกต่างกันในเซลล์ต่างๆ – ยีนของกล้ามเนื้อในเซลล์กล้ามเนื้อ ยีนภูมิคุ้มกันในเซลล์ภูมิคุ้มกัน อย่างไรก็ตาม ความยืดหยุ่นนี้มีข้อจำกัด ยีนส่วนใหญ่เปิดใช้งานในเซลล์หลายประเภท และในขณะที่ยีนและหน้าที่ที่ส่งไปนั้นโดยพื้นฐานแล้วจะเหมือนกันในเซลล์ประเภทต่างๆ ที่มันถูกกระตุ้น ความต้องการของเซลล์เกี่ยวกับวิธีการทำงานดังกล่าว อาจแตกต่างกัน แล้วยีนแต่ละตัวจะปรับให้เข้ากับความต้องการของเซลล์ได้อย่างไร? ในบางกรณี เซลล์ของเราสามารถสร้างยีนในรูปแบบต่างๆ ในเซลล์ต่างๆ ได้ ผ่านกระบวนการต่างๆ เช่น การต่อแบบทางเลือก โปรตีนที่เข้ารหัสโดยยีนบางตัวก็สามารถดัดแปลงเพื่อเปลี่ยนแปลงการทำงานของพวกมันได้เช่นกัน ขาดความยืดหยุ่นที่จำเป็นเพื่อตอบสนองความต้องการของเซลล์ แม้ว่ายีนอาจก่อให้เกิดความขัดแย้งที่น่าสนใจ: วิวัฒนาการอาจปรับการทำงานของยีนให้เหมาะสมสำหรับเซลล์ประเภท A โดยที่เซลล์ประเภท B เสียไป หรือปรับการทำงานของยีนให้เหมาะสมสำหรับเซลล์ประเภท B ด้วยค่าใช้จ่ายของเซลล์ประเภท A หรือหาการประนีประนอม ไม่ว่าจะด้วยวิธีใด มีคนต้องการเหลือ และเซลล์ประเภทเหล่านี้ที่อยู่ในร่างกายเดียวกัน จะไม่ขัดแย้งกันเลย การทำความเข้าใจความขัดแย้งทางพันธุกรรมดังกล่าว และวิธีที่วิวัฒนาการจัดการกับสิ่งเหล่านี้ เป็นความสนใจหลักของดร.ฮาร์มิท มาลิก ศาสตราจารย์ในแผนกวิทยาศาสตร์ขั้นพื้นฐานที่เฟรด ฮัทช์ และสมาชิกคนหนึ่งของ Fred Hutch/University of Washington Cancer Consortium ในบทความใหม่ที่ตีพิมพ์ในวารสาร พันธมิตรวิทยาศาสตร์เพื่อชีวิตกลุ่มของ ดร.มาลิก นำโดยอดีตนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษา ดร.ลิซ่า เคอร์เซล ระบุยีนที่เป็นศูนย์กลางของความขัดแย้งระหว่างชนิดเซลล์ในแมลงวันผลไม้ แมลงหวี่ virilisและอธิบายวิธีการแก้ไขข้อขัดแย้ง

เนื่องจากวิวัฒนาการมักเกิดขึ้นในระยะเวลานานเกินไปที่จะดูมันในการดำเนินการ เรื่องราวส่วนใหญ่ของกระบวนการนี้จึงถูกบอกในทางกลับกัน เราสังเกตผลลัพธ์ของวิวัฒนาการและทำงานย้อนหลังเพื่อทำความเข้าใจว่าสิ่งต่าง ๆ กลายเป็นอย่างที่เป็นอยู่ได้อย่างไร เรื่องนี้เริ่มต้นด้วยกระบวนการระดับเซลล์ที่เป็นสากล – การแบ่งเซลล์ – และโปรตีนฮิสโตนที่เป็นศูนย์กลางของการกระทำนี้ – CenH3 ผู้เขียนอธิบาย “CenH3 แปลเป็น DNA centromeric และช่วยคัดเลือกส่วนประกอบอื่น ๆ ของ kinetochore ซึ่งเป็นสื่อกลางในการแบ่งแยกโครโมโซม” แม้จะมีการแบ่งเซลล์อย่างแพร่หลาย และบทบาทที่สำคัญของ CenH3 Drs. มาลิกและเคอร์เซลสงสัยว่าจะมีความขัดแย้ง นั่นเป็นเพราะการแบ่งเซลล์ไม่เหมือนกันทั้งหมด เซลล์โซมาติกได้รับไมโทซิส แต่เซลล์สืบพันธุ์ – สเปิร์มและไข่ – ยังได้รับไมโอซิสซึ่งมีนิสัยใจคอที่เป็นเอกลักษณ์ เซลล์ไข่ของมนุษย์หยุดนิ่งอยู่ตรงกลางของไมโอซิสเป็นเวลาหลายสิบปีในขณะที่พวกมันรอการเจริญเติบโตทางเพศและถึงคราวของพวกมันที่จะเดินทางลงท่อนำไข่ที่รอคอยมายาวนาน และ CenH3 จะต้องคงโครงสร้างเซนโทรเมียร์ไว้ตลอดเวลานั้น สเปิร์มมีความน่าทึ่งมากขึ้น – หลังจากการแบ่งตัว โครมาตินของพวกมันจะถูกจัดระเบียบใหม่อย่างรุนแรง และ CenH3 จะต้องยังคงอยู่บนเซนโทรเมียร์ เนื่องจากโปรตีนฮิสโตนอื่นๆ เกือบทั้งหมดถูกถอดออกและแทนที่ด้วยโปรตีนบรรจุภัณฑ์ดีเอ็นเอจำเพาะของสเปิร์ม ความล้มเหลวในการทำเช่นนั้นอาจทำให้โครโมโซมของบิดาไม่สามารถสร้างเซนโตรเมียร์ได้อย่างถูกต้องหลังจากการปฏิสนธิของอสุจิและไข่ ดังนั้น ผู้เขียนจึงสะท้อนว่า “เราตั้งสมมติฐานว่าสภาพแวดล้อมของโครมาตินที่แตกต่างกันในโสมกับเจิร์มไลน์ [and sperm versus egg] อาจกำหนดข้อกำหนดการทำงานที่แตกต่างกันใน single CenH3 ยีน”

คุณจะทดสอบสมมติฐานดังกล่าวอย่างไร? “การผ่าสิ่งเหล่านี้ [proposed] ข้อจำกัดการทำงานหลายอย่างในสิ่งมีชีวิตแบบจำลองจำนวนมาก (เช่น ง. melanogaster และ M. กล้ามเนื้อ) เป็นสิ่งที่ท้าทายเพราะ CenH3 เป็นยีนสำเนาเดียวที่จำเป็นในสปีชีส์เหล่านี้” พวกเขาตั้งข้อสังเกต แต่ใน แมลงหวี่ virilisญาติของผู้ศึกษาทั่วไป แมลงหวี่ melanogasterพวกเขาคิดว่าพวกเขาอาจมีสายพันธุ์ที่พบวิธีแก้ปัญหาตามธรรมชาติสำหรับความขัดแย้ง ทั้งนี้เนื่องจากในช่วงวิวัฒนาการ ดี. virilis CenH3 ยีนถูกทำซ้ำเพื่อสร้างสองยีน – Cid1 และ Cid5. การจำลองแบบและฟังก์ชันย่อยของยีนเป็นวิธีแก้ปัญหาแบบคลาสสิกสำหรับความขัดแย้งภายใน เนื่องจากแต่ละสำเนาทั้งสองชุดมีอิสระในการวิวัฒนาการเพื่อตอบสนองความต้องการของเซลล์ประเภทต่างๆ “ด้วยเหตุนี้” พวกเขาอธิบายว่า “การทำซ้ำของยีนเป็นโอกาสพิเศษในการทำความเข้าใจหน้าที่จำเพาะของเนื้อเยื่อของ CenH3 ได้แม่นยำยิ่งขึ้น”

หากสเปิร์ม ไข่ และเซลล์ร่างกายต้องการสิ่งที่แตกต่างจาก CenH3 แสดงว่าสำเนานั้น Cid1 และ Cid5 ยีนควรมีวิวัฒนาการเพื่อทำหน้าที่ในเซลล์ประเภทต่างๆ เพื่อทดสอบสิ่งนี้ ดร. เคอร์เซลได้ตรวจสอบว่ายีนทั้งสองนี้แสดงที่ใด เธอพบว่า Cid1 แต่ไม่ใช่ Cid5 มีอยู่ในเซลล์ร่างกาย โปรตีนทั้งสองถูกพบในรังไข่และอัณฑะ แต่เมื่อสเปิร์มและไข่เติบโตเต็มที่ ผู้เขียนสังเกตเห็นความแตกต่าง: Cid5 หายไปจากเซลล์ไข่ก่อนที่จะมีการจับแบบมีโอโอติก ในขณะที่ Cid1 หายไปจากสเปิร์มก่อนที่จะมีการจัดโครงสร้างใหม่ของโครมาติน ดังนั้น ปรากฏว่าโปรตีนทั้งสองนี้มีการแบ่งหน้าที่โดย Cid5 ได้รับการปรับให้เหมาะสมเพื่อรองรับการเจริญเติบโตของเซลล์สเปิร์ม และ Cid1 ได้รับการปรับให้เหมาะสมเพื่อรองรับการเจริญเติบโตของไข่และการแบ่งเซลล์แบบโซมาติก ซึ่งอาจเป็นตัวแทนของการละลายของความขัดแย้งระหว่างเซลล์สืบพันธุ์เพศชายและเพศหญิงที่ อาจดำรงอยู่จนถึงทุกวันนี้ในสิ่งมีชีวิตเหล่านั้นที่มีเพียงตัวเดียว CenH3 ยีน.

เป็นเรื่องธรรมดาและน่าดึงดูดใจที่จะพิจารณาว่าร่างกายของเราเป็นส่วนสำคัญของความร่วมมือ ซึ่งเป็นเซลล์หลายล้านเซลล์ที่ทำงานประสานกันอย่างกลมกลืนเพื่อสนับสนุนสิ่งมีชีวิตที่พวกมันทั้งหมดเป็นส่วนหนึ่ง ในการตระหนักว่าในหลายกรณี ความขัดแย้งและการต่อสู้แบบประจัญบานเป็นการเปิดเผยถึงความไม่สมบูรณ์และความซับซ้อนของกระบวนการวิวัฒนาการ เช่นกัน บางทีอาจเป็นความงามที่สลับซับซ้อนอย่างแท้จริงและความหลากหลายของชีวิตที่เกิดขึ้น

.

(Visited 1 times, 1 visits today)

Be the first to comment

Leave a comment

Your email address will not be published.


*