นักวิจัยพบปลายโครโมโซมหดสั้นลงได้เพิ่มอีก 2 วิธี

By: Halley
Writer
on Sat, 05/05/2012 - 02:30

ทีโลเมียร์ (telomere) คือบริเวณปลายสุดของแท่งโครโมโซม (chromosome) ซึ่งจะหดสั้นลงทุกครั้งที่โครโมโซมถูกจำลองขึ้นมาใหม่ อันเนื่องมาจากข้อจำกัดของกลไกการจำลองสาย DNA ที่เราใช้กันมาเป็นพันล้านปี นอกจากนี้ยังได้รับความเสียหายได้จากกระบวนการทำงานที่ผิดพลาดภายในเซลล์ได้อีกด้วย

ความยาวของทีโลเมียร์ส่งผลต่ออายุขัยของเซลล์ หากทีโลเมียร์ของเซลล์ใดก็ตามสั้นลงเกินกว่าจะยอมรับได้ เซลล์นั้นจะหยุดทำงานและตายลงในที่สุด การหดสั้นลงของทีโลเมียร์ เป็นหนึ่งในทฤษฎีที่ใช้อธิบายว่าทำไมเราจึงแก่ ความผิดปกติของการควบคุมความยาวของทีโลเมียร์มีหลักฐานบ่งชี้ว่าเป็นสาเหตุของโรคหลายชนิด เช่น โรคมะเร็ง และโรคความผิดปกติของการสร้างเคราตินแต่กำเนิด (dyskeratosis congenita) เป็นต้น

โดยปกติแล้วทีโลเมียร์จะถูกห่อหุ้มและป้องกันไว้ด้วยกลุ่มของโปรตีนที่เรียกว่า "เชลเทอริน" (Shelterin - รากศัพท์มาจากคำว่า "shelter") ดังนั้น เมื่อไม่มีเชลเทอรินคอยป้องกัน บริเวณปลายสายของ DNA จะห้อยต่ิองแต่ง ทำให้เซลล์นึกว่าเป็นสาย DNA ที่แตกหักออกจากกัน จึงเกิดการส่งสัญญาณให้มีการซ่อมแซม DNA ที่บริเวณปลายสาย ซึ่งก่อให้เกิดความเสียหายแก่ทีโลเมียร์มากขึ้นไปอีก (ซึ่งปกติเป็นวิธีการที่ "เป็นมิตร" กับพวกเรา เพราะใช้ซ่อมแซม DNA ที่แตกหักออกจากกันในบริเวณอื่นๆ ที่ไม่ใช่ทีโลเมียร์)

เชลเทอรินประกอบไปด้วยโปรตีนอีกหลายชนิด ซึ่งแต่ละชนิดทำหน้าที่ต่างกันไปในการยับยั้งไม่ให้เกิดกระบวนการการซ่อมแซม DNA (ซึ่งเป็นตำแหน่งเราไม่ต้องการ) นักวิจัยจะพยายามกำจัดโปรตีนที่ประกอบขึ้นเป็นเชลเทอรินทีละตัวๆ เพื่อดูผลของการขาดเชลเทอรินจะทำให้ทีโลเมียร์ต้องเจออะไรบ้าง และพบว่าทีโลเมียร์ที่ห้อยต่องแต่งจะกระตุ้นการซ่อมแซม DNA ได้ 4 วิธี
1. การแลกเปลี่ยนชิ้นส่วนของสารพันธุกรรมระหว่างคู่โครโมโซม (homology-directed recombination: HDR) ซึ่งจะทำให้ลำดับเบสจำเพาะของทีโลเมียร์สูญเสียเอกลักษณ์ และความยาวของทีโลเมียร์ก็เปลี่ยนไปด้วย
2. เชื่อมต่อปลายสาย DNA เข้าด้วยกัน (non-homologous end joining: NHEJ) ซึ่งจะทำให้ปลายสายของ DNA อีกเส้นถูกนำไปเชื่อมต่อกับ DNA อีกเส้น ผลที่ตามมาคือโครโมโซมที่มีรูปร่างผิดปกติ
3. และ 4. การกระตุ้นการทำงานของยีน ATM และ ATR (ataxia telangiectasia mutated และ ataxia telangiectasia and Rad3 related) มีผลทำให้เซลล์หยุดการแบ่งเซลล์และตายลง

แต่กระนั้นก็ยังพบว่า โปรตีนที่หลงเหลืออยู่สามารถทำงานชดเชย และทำงานแทนกันได้ ทำให้เกิดแนวคิดว่าตราบใดที่ยังมีโปรตีนที่ประกอบกันเป็นเชลเทอรินหลงเหลืออยู่ เราก็ไม่สามารถรู้หน้าที่การทำงานของเชลเทอรินได้ รวมถึงไม่รู้ด้วยว่าทีโลเมียร์จะต้องเผชิญกับการคุกคามอะไรอีกบ้าง

ทีมนักวิจัยจากห้องปฏิบัติการชีววิทยาระดับเซลล์และพันธุศาสตร์ มหาวิทยาลัยร็อกกี้เฟลเลอร์ ได้ตัดต่อพันธุกรรมของเซลล์จากหนูทดลอง จนได้เซลล์ที่ไม่มีกลุ่มโปรตีนเชลเทอรินหลงเหลืออยู่เลย พวกเขาค้นพบวิธีการที่ทำให้ทีโลเมียร์สั้นลงเพิ่มขึ้นอีก 2 วิธี ได้แก่

  • alternative NHEJ: เป็น NHEJ ที่ใช้โปรตีนคนละชุดกับ NHEJ แบบดั้งเดิม
  • การตัดปลายสาย DNA ทิ้ง (hyperresection): เป็นการตัดปลายด้านที่ห้อยต่องแต่งของปลาย DNA ทิ้งไปเสีย (คล้ายๆ กับการใช้กรรไกรเล็มปลายผมที่แตกปลาย)

อย่างไรก็ตาม ก็ยังมีอีกหลายคำถามรอให้นักวิทย์หาคำตอบ เช่น โปรตีนแต่ละตัวที่ประกอบกันเป็นเชลเทอรินทำงานร่วมกันอย่างไร และความผิดพลาดใดของเชลเทอรินที่ทำให้การรักษาสภาพของทีโลเมียร์ล้มเหลว และก่อให้เกิดโรคในที่สุด

ข่าวจาก: The Scientist - Six Threats to Chromosomes

อ้างอิง
- The Scientist - Telomeres in Disease
- บทคัดย่อของงานวิจัยฉบับเต็ม

4 Comments

terminus's picture

ปกติผมปล่อยข่าวขึ้นหน้าแรกง่ายๆ นะ แต่สำหรับคุณ Halley ซึ่งเรียนสายตรงมา ผมคงใช้มาตรฐานเดียวกับคนทั่วไปไม่ได้ ขออนุญาตให้คำแนะนำอย่างเข้มงวดกว่าปกติสักเล็กน้อย

คำแนะนำของผมขอพูดแบ่งเป็นคำแนะนำโดยรวมและคำแนะนำเฉพาะจุด

คำแนะนำโดยรวม: ทำใจไว้ก่อนเลยว่าคนอ่านเว็บนี้ส่วนใหญ่ไม่ใช่นักวิทยาศาสตร์และไม่ได้เรียนจบ วท. บ. หรือ วท. ม. ชีววิทยา/ฟิสิกส์/เคมี ดังนั้นเนื้อหาข่าวควรจะอธิบายให้เข้าใจง่ายกว่านี้ ศัพท์ที่เป็นศัพท์เฉพาะควรมีคำอธิบายชัดเจน อาจจะใส่วงเล็บหรือแยกอธิบายท้ายข่าวก็ได้

คำแนะนำเฉพาะจุด:

> ...ซึ่งนักวิจัยจะหาทางกำจัดหน่วยย่อยของมันออกไปเพื่อศึกษาความเสียหายของโครโมโซมยามเมื่อไม่มีสิ่งใดมาป้องกัน แต่วิธีการนี้อาจทำให้ผลของโปรตีนเชลเทอรินหลงเหลืออยู่บ้างจากหน่วยย่อยที่เหลือ

ถ้าผมเข้าใจไม่ผิด อันนี้คือหมายถึง พวกงานวิจัยก่อนหน้านี้จะใช้วิธีที่กำจัดหน่วยย่อยของ shelterin ออกทีละตัวซึ่งมีข้อจำกัดตรงที่ทำให้นักวิทยาศาสตร์ไม่สามารถประเมินผลองค์รวมจากการกำจัด shelterin ออกไปได้ ย่อหน้านี้ควรเรียบเรียงใหม่ให้เข้าใจง่ายกว่านี้

> สี่กรณีดั้งเดิมได้แก่การเติมชิ้นส่วนของทีโลเมียร์จากชิ้นส่วนโครโมโซมที่ไม่ใช่คู่ของมันเอง (non-homologous end-joining หรือ NHEJ), ความผิดพลาดจากการแบ่งเซลล์ที่ไม่สมบูรณ์จากการทำงานของยีนสองยีน (ได้แก่ ATM และ ATR ซึ่งทำให้สมองพัฒนาการผิดปกติแต่กำเนิด) , และการยับยั้งกระบวนการซ่อมแซมสารพันธุกรรม ส่วนอีกสองวิธีได้แก่ NHEJ ที่เกิดจากการขาดโปรตีนตัวอื่นๆ ในกลุ่มเชลเทอริน และการหดสั้นลงของทีโลเมียร์อย่างรวดเร็วอันเนื่องจากการขาดโปรตีนป้องกัน

ย่อหน้านี้อ่านแล้วเข้าใจยากมากเพราะมีศัพท์แสงเยอะ ผมแนะนำให้แยกกรณีดั้งเดิมออกเป็นข้อๆ เลย จะได้ใส่คำอธิบายให้เห็นง่ายๆ ได้ด้วย

และก็ถ้าผมเข้าใจไม่ผิดนะ กรณีที่ exposed telomere เสียหายแบบที่เข้าใจดั้งเดิมมี 4 วิธีดังนี้

  1. homologous recombination (HR) อันนี้ก็ต้องอธิบายกันหน่อยว่ามันสลับชิ้นส่วนระหว่างคู่ homologous ของมันไป duplicate ตรงโครโมโซมอีกสายอย่างไร
  2. NHEJ
  3. จากความผิดปกติยีน ATM
  4. จากความผิดปกติยีน ATR

ส่วนสองวิธีที่ค้นพบใหม่ คือ

  1. alternative NHEJ ตรงนี้มันไม่ใช่ว่าขาดโปรตีนหนิ แต่มันไม่อิงกับโปรตีนชุดที่ใช้ใน NHEJ แบบ classic
  2. hyperresection ตรงนี้อธิบายเพิ่มให้เห็นภาพเพิ่มเติมอีกนิดหน่อยก็ดี

อีกอย่างควรระบุด้วยว่า HR, NHEJ เป็นกระบวนการซ่อมแซม broken DNA ด้วย เพียงแต่บางทีมันจะทำงานผิดคิดว่าตรง telomere ที่ไม่มี shelterin หุ้ม คือ broken DNA และซ่อมเอาสายอื่นมาปะจนทำให้ telomere สั้นลง

และก็ตรงลิงค์ paper นี่ ใส่ link เป็น DOI หรือ free abstract น่าจะดีกว่าใส่ลิงค์ full paper เพราะคนส่วนใหญ่เค้าเข้าอ่าน full paper ที่ต้องเสียตังค์ไม่ได้หรอก นี่ผมนั่งอยู่บ้านก็เข้าไม่ได้ ถ้าเป็น paper ที่เข้าถึงตัวเต็มฟรี อันนี้ก็น่าจะโอเค

ยังไง ผมก็ต้องบอกว่ายินดีเป็นอย่างยิ่งที่คุณ Halley มาช่วยเพิ่มข่าววิทยาศาสตร์ที่นี่ให้คนทั่วไปได้อ่านกัน

Halley's picture

ขอบคุณมากสำหรับคอมเม้นท์ครับ เมื่อคืนตื่นเต้นที่ได้เจอข่าวนี้ เลยอยากแปลขึ้น Jusci ดูบ้าง ก็เลยรีบๆ ร้อนๆ แปลๆ เขียนๆ ส่งมา เขียนโค้ดก็ยังไม่ค่อยเป็นครับ แหะๆ
เดี๋ยวจะไปรีวิวมาเพิ่มเติมและปรับการเขียนเสียใหม่นะครับ :)

terminus's picture

ถ้าแก้ข่าวช้า ข่าวใน Upcoming มันจะตกหายไปนะครับ

ผมขอกดข่าวขึ้นหน้าแรกให้เลยแล้วกัน