آیا در رحم مادر همراه با دوقلوی همسانی قرار داشته‌اید که ناپدید شده است؟

همه دوقلوهای همسان ممکن است مجموعه مشترکی از نشانگرهای ژنتیکی را روی DNA خود داشته باشند و آزمایشی برای تشخیص این نشانه‌ها می‌تواند مشخص کند که آیا فرد به‌عنوان دوقلوی همسان ایجاد شده است. دوقلوهای همسان از یک سلول تخم نشئت می‌گیرند که تقسیم می‌شود و دو رویان را به‌وجود می‌آورد؛ اما گاهی اوقات در طول فرایند نمو، یکی از دوقلوها ناپدید می‌شود و تنها یک رویان باقی می‌ماند و درنهایت، یک کودک متولد می‌شود.

به‌گزارش لایوساینس، مطالعه جدیدی نشان می‌دهد که DNA شما ممکن است این موضوع را آشکار کند که آیا در رحم مادر دوقلویی داشته‌اید یا خیر؛ حتی اگر دوقلوی شما مدت‌ها پیش از تولد شما ناپدید شده باشد. در مطالعه جدید که ۲۸ سپتامبر در مجله Nature Communications منتشر شد، پژوهشگران بر تغییرات اپی‌ژنتیکی تمرکز کرده‌اند که در DNA دوقلوها دیده می‌شود. اصطلاح اپی‌ژنتیک به عواملی اشاره می‌کند که بدون ایجاد تغییر در توالی DNA می‌توانند ژن‌ها را خاموش یا روشن کنند. برای مثال، مولکول‌های کوچکی به نام گروه‌های متیل می‌توانند به ژن‌های خاصی متصل و از خوانده‌شدن ژن‌ها به‌وسیله سلول مانع شوند و اساسا آن‌ها را غیرفعال کنند.

طبق مطالعه جدید، DNA دوقلوهای همسان الگوی مشخصی از گروه‌های متیل متصل دارد. این الگو ۸۳۴ ژن را شامل می‌شود و می‌تواند برای تمایز دوقلوهای همسان از دوقلوهای غیرهمسان و نیز غیردوقلوها استفاده شود. براساس نتایج، پژوهشگران الگوریتم کامپیوتری‌ای طراحی کردند که براساس مکان گروه‌های متیل درون DNA، می‌تواند دوقلوی همسان را با اطمینان مشخص کند. ازنظر تئوری، چنین ابزاری می‌تواند فردی را نیز شناسایی کند که دوقلوی همسان همراه او از بین رفته است؛ اگرچه این ایده در مطالعه جدید آزمایش نشده.

رابرت واترلند، استاد ژنتیک و پزشکی کودکان در کالج پزشکی بیلور، گفت دراصل، این الگوی گروه متیل نوعی «جای زخم مولکولی» است که اوایل فرایند نمو از دوقلوهای همسان برجای می‌ماند. وی افزود: «نویسندگان نشانه اپی‌ژنتیکی حاصل از تشکیل دوقلوهای تک‌تخمکی (دوقلوهای نشئت گرفته‌ از یک تخمک بارورشده یا زیگوت) را پیدا کرده‌اند.»

ژن‌های پوشانده‌شده با این گروه‌های متیل نقش‌های مختلفی در رشد و نمو و چسبیدن سلول‌ها به همدیگر ایفا می‌کنند؛ هرچند بنابر مطالعه حاضر مشخص نیست چگونه این ژن‌های متیله‌شده می‌توانند بر رشد و نمو یا سلامت دوقلوهای همسان اثرگذار باشند.

نویسندگان با بررسی آثار برجای‌مانده از مراحل اولیه نمو می‌خواستند بهتر درک کنند که چرا اصلا دوقلوهای همسان تشکیل می‌شوند. دانشمندان می‌دانند که زیگوت‌ها در مرحله خاصی از نمو تقسیم می‌شوند؛ اما علت اینکه چرا گاهی‌ اوقات چنین تقسیمی اتفاق می‌افتد، ناشناخته مانده است. جنی ون‌دانگن، استادیار گروه روانشناسی زیستی در دانشگاه مستقل آمستردام اعلام کرد: «عامل محرک انجام این مطالعه آن بود که درباره علت پیدایش دوقلوهای تک‌تخمکی دانش بسیار کمی داشتیم.»

براساس گزارشی که سال ۱۹۹۰ در مجله International Journal of Fertility and Sterility منتشر شد، حدود ۱۲ درصد از بارداری‌های انسان به‌شکل چندقلو آغاز می‌شود؛ اما کمتر از ۲ درصد تا آخر ادامه پیدا می‌کند و به تولد چندقلو منجر می‌شود و در بقیه موارد، یکی از قُل‌ها ناپدید می‌شود. به‌طورکلی، در مواردی که دو قلوها تا آخر زنده می‌مانند، فراوانی دوقلوهای غیرهمسان از دوقلوهای همسان بیشتر است.

شواهد نشان می‌دهد که ژنتیک بر این احتمال تأثیر می‌گذارد که مادر دوقلوی غیرهمسان به‌دنیا آورد. دوقلوهای غیرهمسان زمانی تشکیل می‌شوند که دو تخمک هم‌زمان بارور می‌شوند. برای مثال، مطالعات نشان می‌دهند که دوقلوزایی غیرهمسان در برخی خانواده‌ها فراوان‌تر است و به‌نظر می‌رسد ژن‌های دخیل در تخمک‌گذاری چندگانه در پدیده مذکور مؤثر باشند. درمقابل، فراوانی دوقلوهای همسان در سراسر جهان تقریبا ثابت است و تقریبا با نرخ ۳ تا ۴ مورد در هر ۱،۰۰۰ تولد رخ می‌دهد که نشان می‌دهد ظاهرا ژنتیک علت این پدیده نیست. حال سؤال اصلی این است: عامل این اتفاق چیست؟

برای مطالعه جدید، پژوهشگران داده‌های اپی‌ژنتیک شش گروه بزرگ از دوقلوها جمع‌آوری کردند که درمجموع شامل بیش از ۶،۰۰۰ نفر می‌شد. این گروه‌ها دوقلوهای همسان و دوقلوهای غیرهمسان و نیز برخی از اعضای غیردوقلو از خانواده‌های این افراد را شامل می‌‌شد. با گنجاندن دوقلوهای غیرهمسان، پژوهشگران توانستند بررسی کنند آیا هر الگوی اپی‌ژنتیکی که در دوقلوهای همسان دیده می‌شود، واقعا منحصر به آن‌ها است و در همه انواع دوقلوها وجود ندارد یا خیر.

بیشتر داده‌های متیلاسیون DNA از نمونه‌های خون جمع‌وری‌شده از افراد بزرگ‌سال بود؛ اما مجموعه داده‌ای شامل نمونه‌های دهانی کودکان نیز در دست بود. در تمام نمونه‌ها، پژوهشگران الگوهای متمایزی از متیلاسیون را در DNA دوقلو همسان پیدا کردند. واترلند گفت: «این واقعیت که آن‌ها الگوی یکسانی را در آن سلول‌ها می‌بینند، اطمینان‌بخش است؛ زیرا نشان می‌دهد این الگو مختص یک نوع سلول نیست.»

براین‌اساس، متیلاسیون متمایز در مراحل ابتدایی نمو قبل از آن رخ می‌دهد که بافت‌های اختصاصی نظیر قلب یا ریه‌ها شروع به شکل‌گیری کنند. وقتی گروه‌های متیل در این مرحله به DNA متصل می‌شوند، متیل‌ترانسفرازها بدون توجه به اینکه سلول‌ها اولیه درنهایت به چه نوع سلولی تبدیل می‌شوند، گروه‌های متیل را به تمامی سلول‌های دختری بعدی منتقل می‌کنند.

ازآنجاکه برخی از مجموعه داده‌ها ازجمله نمونه‌های DNA در چندین نقطه از زمان جمع‌آوری شده بود، پژوهشگران می‌توانستند دوباره بررسی کنند که الگوهای متیلاسیون در طول زمان چقدر پایدار هستند. واترلند گفت: «آن‌ها دریافتند این حالت‌های متیلاسیون در هر فرد بسیار پایدار است و این ایده را بیشتر تقویت می‌کند که این گروه‌های متیل می‌توانند از زمان بارورسازی تا بزرگ‌سالی باقی بمانند.» ون‌دانگن نیز اعلام کرد: «اتفاقی در اوایل فرایند نمو رخ می‌دهد و این رخداد در الگوی متیلاسیون انواع مختلف سلول‌ها در بدن برجای می‌ماند. این اتفاق در سلول‌های ما بایگانی می‌شود.»

درحال‌حاضر مشخص نیست گروه‌های متیل دقیقا چه تأثیری بر بیان ژن می‌گذارند (روشن یا خاموش شدن ژن‌ها) یا آیا این الگوی متیلاسیون نشان‌دهنده علت یا اثر یا محصول جانبی تشکیل دوقلوهای همسان است. ون‌دانگن به پژوهش‌هایی اشاره کرد که روی چگونگی اثرگذاری تغییرات بر سلول‌های واقعی متمرکز‌‌ند. وی گفت: «برای درک مراحل دقیقی که در اوایل توسعه رویانی رخ می‌دهد و به تشکیل دوقلوهای تک‌تخمکی منجر می‌شود، به مطالعات عملکردی نیاز داریم.»

پژوهشگران قصد دارند چنین مطالعاتی را با استفاده از مدل‌های حیوانی و سلول‌های انسانی در ظرف آزمایشگاهی انجام دهند. آن‌ها ممکن است از مدل‌هایی از رویان انسانی نیز استفاده کنند که «بلاستوئید» نامیده می‌شوند. آن‌ها می‌توانند گروه بزرگ‌تری از تغییرات اپی‌ژنتیکی ژنوم را نیز بررسی کنند تا ببینند آیا الگوی متیلاسیون فراتر از حدود ۸۰۰ ژنی که قبلا شناسایی‌ شده‌اند، گسترش پیدا می‌کند یا خیر. مطالعه جدید صدها هزار گروه متیل متصل به DNA را در سطح ژنوم پوشش می‌داد؛ اما موارد بسیار بیشتری برای بررسی وجود دارد.