שכפול החומר התורשתי, ה-DNA, הוא תהליך מורכב ומסונכרן גם בזמן וגם במרחב. גורמים רבים עלולים לפגוע במנגנון השכפול, דבר המוביל לעקת שכפול ובכך ליצירת נזקים ב-DNA. נזקים ושברים בחומר הגנטי משמעותם פגיעה במגוון החלבונים בתאים ושינוי בתפקודם, והם המנוע המשמעותי הדוחף להתפתחות סרטנית בגוף האדם. בגנום שלנו ישנם אזורים הרגישים לעקת שכפול, וכתוצאה מכך הם נשברים בתדירות גבוהה יותר מאחרים - אזורים אלה נקראים "אתרים שבירים״ (Common fragile sites, CFSs). בעבר הוצעו מספר גורמים וסיבות אפשריות לשבירות החוזרת באזורים אלה, אולם המנגנון המולקולרי לשבירות החוזרת טרם פוענח.
במחקר חדש ניסינו לענות על השאלה מהו המנגנון המולקולרי העומד בבסיס השבירות החוזרת באותם "אתרים שבירים" תחת עקת שכפול DNA, והאם ניתן למפות את מיקומם. כדי לענות על שאלה זאת בחנו את תוכניות שכפול ה-DNA בתאים ללא עקת שכפול, בהשוואה לתאים הנמצאים תחת עקת שכפול. לצורך כך, השתמשנו בשתי שיטות ריצוף:

• שיטת Repli-seq שפותחה על ידי Prof. David M. Gilbert.
  זו שיטה מתקדמת לריצוף מקטעי DNA בתאים מתחלקים, המאפשרת לקבוע את פרופיל שכפול ה-DNA בכל הגנום ברזולוציה גבוהה.
• שיטת Bru-seq שפותחה על ידי החוקר Prof. Mats Ljungman.
  זו שיטה לריצוף שעתוק פעיל nascent RNA-seq בתאים תחת עקת שכפול DNA, והיא מאפשרת לבחון את רמת שעתוק הגנים.

את המידע על תוכניות השכפול והשעתוק הצלבנו עם מידע על הארגון המרחבי של ה-DNA בגרעין התא ומיפוי ציטוגנטי של האזורים השבירים.
מצאנו כי שילוב של מספר גורמים ערער את יציבות האזורים השבירים תחת עקה. הצלחנו למפות את מוקדי חוסר היציבות באתרים השבירים, ומצאנו חותם מולקולרי לשבירות. החותם מורכב מגנים ארוכים ומשועתקים, הנמצאים באזורים שאינם חלק מדומיין מאורגן מרחבית (Topologically associated domain, TAD), אלא בגבולות האזורים המאורגנים. בנוסף, גילינו כי בעקבות עקת השכפול מתעכב משך שכפול האזור - דבר המעיד על קושי בסיום השכפול במוקד השבירות. קושי זה תורם להצטברות השברים. גילוי החותם המולקולרי לשבירות חוזרת איפשר למפות בדיוק רב יותר אזורים שבירים מוכרים, וכן לזהות אתרים שבירים נוספים שלא היו מוכרים קודם לכן.
ההבנה המולקולרית של הבסיס לשבירות החוזרת תסייע להבין תהליכים המתרחשים בגידולים סרטניים ולמפות את מוקדי הנזק בגנום. מוקדים אלה נשברים בתחילת תהליך ההתמרה הסרטני ואף בתאים טרום-סרטניים. זיהוי מוקדם שלהם עשוי להעיד על סיכון גבוה להתפתחות גידול סרטני.
קיראו את המאמר בכתב העת  Nature Communications