ویروس هرپس چگونه ساختار کروموزوم‌ها را تغییر می‌دهد؟

ابزارهای تصویربرداری پیشرفته نشان می‌دهند که ویروس چگونه کروموزوم‌های ما را برای آغاز تکثیر خود تغییر می‌دهد

تصاویر جدید نشان می‌دهند که ویروس هرپس چگونه تنها در عرض هشت ساعت پس از عفونت، ساختار DNA سلول‌های انسانی را به‌طور چشمگیری فشرده کرده و تغییر شکل می‌دهد تا فضای لازم برای تکثیر خود را فراهم کند. این یافته‌ها، که در تاریخ ۱۹ ژوئن در نشریه Nature Communications منتشر شده، نشان می‌دهند که ویروس با دقتی فراتر از تصور پیشین، DNA ما را برای استفاده در مسیر تکثیر خود دستکاری می‌کند.

ویروس هرپس سیمپلکس نوع ۱ (HSV-1)، عامل اصلی تبخال دهانی، تا ۶۷ درصد بزرگ‌سالان زیر ۵۰ سال در سراسر جهان را آلوده می‌کند، اگرچه بیشتر موارد بدون علامت هستند. مانند همه ویروس‌ها، HSV-1 برای تکثیر به میزبان نیاز دارد و سلول‌های آلوده را به کارخانه‌هایی برای تولید ویروس تبدیل می‌کند.

پیش‌تر دیده شده بود که پس از عفونت با HSV-1، کروموزوم‌های ما فشرده شده و به سمت لبه‌های هسته سلول رانده می‌شوند تا فضای بیشتری برای کپی‌های ویروس فراهم شود. اما اینکه آیا این تغییرات یک فرآیند فعال و هدفمند هستند یا صرفاً پیامدی از تهاجم ویروس بوده‌اند، تاکنون مشخص نشده بود. ماریا پیا کوزما، زیست‌شناس مصنوعی در مرکز تنظیم ژنوم بارسلونا، می‌گوید: «ما پیش از این ابزار کافی برای تصویربرداری با این سطح از جزئیات نداشتیم.»

اکنون با پیشرفت در میکروسکوپ‌های اَبَر-رزولوشن، این امکان فراهم شده است. تیم تحقیقاتی توانست ساختارهای بسیار کوچک (تا عرض ۲۰ نانومتر) را تا هشت ساعت پس از عفونت، مشاهده و تصویر‌برداری کند.

یافته‌ها نشان دادند که تنها یک ساعت پس از عفونت، ویروس از دو ژن کلیدی سلولی – RNA پلی‌مراز II (RNAP2) و تاپوی‌سومراز DNA (TOP1) – بهره می‌گیرد تا کروماتین (ساختار DNA و پروتئین که کروموزوم‌ها را شکل می‌دهد) را به بسته‌های بسیار متراکم تبدیل کند. ویروس سپس این ساختار فشرده را بازآرایی می‌کند، شبیه به اوریگامی، تا خود را در تماس با حلقه‌های DNA حاوی ژن‌های میزبان مورد نیاز برای تکثیر قرار دهد.

نکته جالب توجه این بود که زمانی که محققان بیان ژن TOP1 را متوقف کردند، عفونت ویروسی نیز به طور کامل مهار شد؛ موضوعی که پتانسیل استفاده درمانی دارد. البته کوزما یادآور می‌شود که مهارکننده‌های TOP1 در حال توسعه هستند اما هنوز برای HSV-1 به‌کار نرفته‌اند و ممکن است عوارض ناخواسته نیز داشته باشند.

تسخیر سلول توسط ویروس هرپس: مشاهده‌ای بی‌سابقه

برای نخستین بار با استفاده از تکنیکی به‌نام STORM-PAINT (ترکیب پروب‌های فلورسنت و ثبت چندباره تصویر)، دانشمندان توانستند ببینند که DNA انسانی چگونه طی هشت ساعت ابتدایی پس از عفونت، تغییر شکل می‌دهد:

1. سلول سالم (پیش از عفونت): DNA به‌صورت یکنواخت در هسته پراکنده است.
2. ۱ ساعت بعد: ویروس شروع به فشرده‌سازی DNA کرده و بسته‌های متراکم ایجاد می‌شود.
3. ۳ ساعت بعد: این بسته‌های متراکم به سمت حاشیه‌های هسته حرکت می‌کنند.
4. ۸ ساعت بعد: تقریباً تمام DNA سلولی به گوشه‌ای رانده شده و فضای مرکزی برای تکثیر ویروس خالی می‌شود.

پیامدهای علمی و درمانی

دافنه آوگوستی، ویروس‌شناس کروماتین از دانشگاه میامی که در این مطالعه دخیل نبوده، می‌گوید: «تعداد کمی از گروه‌ها چنین کاری را انجام داده‌اند، و حتی کمتر کسانی که به این خوبی این کار را کرده‌اند.» او می‌افزاید که استفاده از ویروس به عنوان ابزار برای درک نحوه تغییر ساختار کروماتین، می‌تواند افق‌های تازه‌ای در مطالعه ژنوم انسانی بگشاید.

کوزما نیز تأکید می‌کند که ساختار DNA و عملکرد آن اکنون موضوعی داغ در تحقیقات است. او می‌گوید: «ممکن بود انتظار داشته باشیم که پس از فشرده‌سازی، سازماندهی ژنوم انسانی به‌هم بریزد – برای مثال ارتباط بین کروموزوم‌ها قطع شود – اما این‌طور نیست. این مسأله برای من بسیار شگفت‌انگیز است و قصد دارم دقیقاً بررسی کنم که چه اتفاقی در حال رخ دادن است.»

References

E. González-Almela et al. Herpes simplex virus type 1 reshapes host chromatin architecture via transcription machinery hijacking. Nature Communications. Published online June 19, 2025. doi: 10.1038/s41467-025-60534-6