นักวิจัยยังพบความแปรผันในมาร์โมเสตบริเวณที่มีหน้าที่สำคัญเช่นเดียวกับบริเวณที่ก่อโรคในมนุษย์ ข้อมูลนี้สนับสนุนบทบาทของมาร์โมเสตในฐานะสัตว์ต้นแบบสำหรับศึกษากลไกของโรคระบบประสาทเสื่อม แม้จะยังไม่หมายความว่าผลการค้นพบในมาร์โมเสตจะนำไปใช้กับผู้ป่วยได้โดยตรง

พบตัวแปรใหม่ของ PSEN1 ที่จีโนมร่างเดิมมองไม่เห็น

หนึ่งในผลลัพธ์ที่น่าสนใจที่สุดคือการค้นพบตัวแปรทรานสคริปต์ หรือไอโซฟอร์มใหม่ของยีน PSEN1 เมื่อทีมวิจัยนำจีโนม T2T มาวิเคราะห์ร่วมกับข้อมูลทรานสคริปโตม ซึ่งเป็นข้อมูลว่าบริเวณใดของ DNA ถูกถอดรหัสเป็น RNA

PSEN1 เป็นยีนที่เป็นสาเหตุทางพันธุกรรมที่พบบ่อยที่สุดของโรคอัลไซเมอร์ชนิดเกิดเร็วในครอบครัว และมีรายงานการกลายพันธุ์ของยีนนี้แล้วมากกว่า 300 แบบ ตัวแปรทรานสคริปต์ใหม่ที่พบครั้งนี้ไม่ปรากฏในจีโนมร่างก่อนหน้า เพราะอยู่ในบริเวณที่มีช่องว่างหรืออ่านลำดับได้ยาก

การค้นพบดังกล่าวเปิดโอกาสให้ศึกษาว่าเซลล์เลือกตัดต่อ RNA ของ PSEN1 แตกต่างกันอย่างไร และกระบวนการตัดต่อทางเลือกนี้อาจเกี่ยวข้องกับโรคระบบประสาทเสื่อมหรือไม่ อย่างไรก็ตาม ยังต้องมีการศึกษาเพิ่มเติมเพื่อยืนยันหน้าที่และความสำคัญของไอโซฟอร์มเหล่านี้

ก่อนหน้านี้ นักวิจัยประสบความสำเร็จในการสร้างมาร์โมเสตดัดแปลงพันธุกรรมที่มีการกลายพันธุ์แบบ knock-in ในยีน PSEN1 ได้แก่ C410Y และ A426P ด้วยเทคโนโลยี CRISPR/Cas9 โดยสัตว์ต้นแบบและลูกหลานที่สืบทอดการกลายพันธุ์แสดงตัวบ่งชี้ทางชีวภาพที่เกี่ยวข้องกับอัลไซเมอร์ได้ตั้งแต่ระยะเริ่มต้น จีโนม T2T ฉบับใหม่จึงเป็นแผนที่พันธุกรรมที่ช่วยให้นักวิจัยศึกษาการกลายพันธุ์เหล่านี้และแบบอื่น ๆ ได้ละเอียดแม่นยำขึ้น

มาร์โมเสตมีการสลับ DNA ไรโบโซมระหว่างโครโมโซม

จีโนมฉบับสมบูรณ์ยังเผยให้เห็นว่า มาร์โมเสตสามารถแลกเปลี่ยนชุด DNA ไรโบโซม หรือ rDNA ระหว่างโครโมโซมที่ไม่ใช่คู่เดียวกันได้อย่างพลวัต รูปแบบการจัดเรียงใหม่นี้ไม่เคยถูกสังเกตมาก่อน

ทีมวิจัยยังพบรูปแบบการกระจายตัวของ rDNA ที่แตกต่างกันตามเพศ ซึ่งเป็นรายละเอียดที่ยากหรือแทบเป็นไปไม่ได้ที่จะตรวจพบจากจีโนมที่ยังมีช่องว่าง การค้นพบนี้ช่วยเพิ่มความเข้าใจเกี่ยวกับบริเวณจีโนมที่มีความซับซ้อนและเปลี่ยนแปลงอยู่เสมอ ไม่ได้จำกัดอยู่เพียงยีนที่เกี่ยวข้องกับโรคเท่านั้น

จากโครงการจีโนมลิง สู่จีโนมเฉพาะบุคคล

ความสำคัญของงานนี้ไม่ได้อยู่แค่การได้แผนที่ DNA ของมาร์โมเสตที่ครบถ้วนที่สุด แต่ยังแสดงให้เห็นว่าเทคโนโลยี T2T เริ่มใช้งานเป็นกระบวนการปกติได้ทั้งในมนุษย์และสิ่งมีชีวิตชนิดอื่น

กลุ่ม T2T Consortium ลดต้นทุนด้วยการปรับปรุงขั้นตอนการทดลองในห้องปฏิบัติการและอัลกอริทึมสำหรับประกอบลำดับ DNA ทำให้การผลิตจีโนมที่สมบูรณ์มีค่าใช้จ่ายต่ำกว่ายุคเริ่มต้นของโครงการจีโนมมนุษย์แบบ T2T อย่างมาก ระบบอัตโนมัติที่พัฒนาขึ้นยังช่วยให้การวิเคราะห์สามารถขยายขนาดได้มากขึ้น

Prajna Hebbar ผู้เขียนหลักของงาน ระบุว่า “จีโนมิกส์แบบ T2T ที่ทำได้เป็นกิจวัตรกำลังทำให้การค้นพบต่าง ๆ เกิดขึ้นได้ง่ายและมีความเป็นไปได้มากขึ้น” ในระยะยาว แนวทางนี้อาจนำไปสู่ยุคที่จีโนมฉบับสมบูรณ์ของแต่ละคนทำหน้าที่เป็นข้อมูลอ้างอิงทางการแพทย์เฉพาะบุคคล โดยมีต้นทุนเพียงบางส่วนของค่าใช้จ่ายในปัจจุบัน

แนวโน้มดังกล่าวปรากฏในงานอื่นของกลุ่มเดียวกันแล้วเช่นกัน โดยทีมวิจัยสามารถสร้างจีโนมอ้างอิงที่แยกแฮพลอไทป์ของลิงไม่มีหางขนาดใหญ่ 6 ชนิด และถอดรหัสโครโมโซมแบบไร้ช่องว่างจากปลายถึงปลายได้ทั้งหมด 215 แท่ง

ความหมายต่อการวิจัยโรคสมองเสื่อม

มาร์โมเสตเป็นสัตว์ต้นแบบที่มีความสำคัญต่อการศึกษาอัลไซเมอร์และพาร์กินสันมานาน เพราะมียีนจำนวนมากที่เกี่ยวข้องกับการเสื่อมถอยด้านการรับรู้เช่นเดียวกับมนุษย์ ที่ผ่านมาจีโนมของมันยังมีช่องว่าง ทำให้นักวิจัยไม่สามารถเห็นรายละเอียดของยีนและบริเวณ DNA บางส่วนได้เต็มที่

จีโนม T2T ช่วยเปลี่ยนข้อจำกัดนี้ด้วยการทำให้สามารถตรวจสอบความแปรผัน โครงสร้าง และการทำงานของยีนได้ละเอียดขึ้น จึงอาจนำไปสู่ความเข้าใจใหม่เกี่ยวกับกลไกของโรคและการพัฒนาวิธีรักษาในอนาคต แต่การค้นพบยีนหรือรูปแบบทรานสคริปต์ใหม่ยังเป็นจุดเริ่มต้นของการวิจัย ไม่ใช่หลักฐานว่ามีการรักษาโรคอัลไซเมอร์หรือพาร์กินสันแบบใหม่แล้ว

โดยรวม งานนี้สะท้อนว่า “จีโนมที่ครบ” ไม่ได้เป็นเพียงฐานข้อมูลที่มีตัวอักษร DNA เพิ่มขึ้น แต่เป็นเครื่องมือที่ช่วยเปิดดูพื้นที่ซับซ้อนซึ่งจีโนมร่างเดิมไม่สามารถอธิบายได้ และอาจทำให้การจัดทำจีโนมอ้างอิงเฉพาะบุคคลมีราคาที่เข้าถึงได้มากขึ้นในอนาคต

นักวิจัยยังพบความแปรผันในมาร์โมเสตบริเวณที่มีหน้าที่สำคัญเช่นเดียวกับบริเวณที่ก่อโรคในมนุษย์ ข้อมูลนี้สนับสนุนบทบาทของมาร์โมเสตในฐานะสัตว์ต้นแบบสำหรับศึกษากลไกของโรคระบบประสาทเสื่อม แม้จะยังไม่หมายความว่าผลการค้นพบในมาร์โมเสตจะนำไปใช้กับผู้ป่วยได้โดยตรง

พบตัวแปรใหม่ของ PSEN1 ที่จีโนมร่างเดิมมองไม่เห็น

หนึ่งในผลลัพธ์ที่น่าสนใจที่สุดคือการค้นพบตัวแปรทรานสคริปต์ หรือไอโซฟอร์มใหม่ของยีน PSEN1 เมื่อทีมวิจัยนำจีโนม T2T มาวิเคราะห์ร่วมกับข้อมูลทรานสคริปโตม ซึ่งเป็นข้อมูลว่าบริเวณใดของ DNA ถูกถอดรหัสเป็น RNA

PSEN1 เป็นยีนที่เป็นสาเหตุทางพันธุกรรมที่พบบ่อยที่สุดของโรคอัลไซเมอร์ชนิดเกิดเร็วในครอบครัว และมีรายงานการกลายพันธุ์ของยีนนี้แล้วมากกว่า 300 แบบ ตัวแปรทรานสคริปต์ใหม่ที่พบครั้งนี้ไม่ปรากฏในจีโนมร่างก่อนหน้า เพราะอยู่ในบริเวณที่มีช่องว่างหรืออ่านลำดับได้ยาก

การค้นพบดังกล่าวเปิดโอกาสให้ศึกษาว่าเซลล์เลือกตัดต่อ RNA ของ PSEN1 แตกต่างกันอย่างไร และกระบวนการตัดต่อทางเลือกนี้อาจเกี่ยวข้องกับโรคระบบประสาทเสื่อมหรือไม่ อย่างไรก็ตาม ยังต้องมีการศึกษาเพิ่มเติมเพื่อยืนยันหน้าที่และความสำคัญของไอโซฟอร์มเหล่านี้

ก่อนหน้านี้ นักวิจัยประสบความสำเร็จในการสร้างมาร์โมเสตดัดแปลงพันธุกรรมที่มีการกลายพันธุ์แบบ knock-in ในยีน PSEN1 ได้แก่ C410Y และ A426P ด้วยเทคโนโลยี CRISPR/Cas9 โดยสัตว์ต้นแบบและลูกหลานที่สืบทอดการกลายพันธุ์แสดงตัวบ่งชี้ทางชีวภาพที่เกี่ยวข้องกับอัลไซเมอร์ได้ตั้งแต่ระยะเริ่มต้น จีโนม T2T ฉบับใหม่จึงเป็นแผนที่พันธุกรรมที่ช่วยให้นักวิจัยศึกษาการกลายพันธุ์เหล่านี้และแบบอื่น ๆ ได้ละเอียดแม่นยำขึ้น

มาร์โมเสตมีการสลับ DNA ไรโบโซมระหว่างโครโมโซม

จีโนมฉบับสมบูรณ์ยังเผยให้เห็นว่า มาร์โมเสตสามารถแลกเปลี่ยนชุด DNA ไรโบโซม หรือ rDNA ระหว่างโครโมโซมที่ไม่ใช่คู่เดียวกันได้อย่างพลวัต รูปแบบการจัดเรียงใหม่นี้ไม่เคยถูกสังเกตมาก่อน

ทีมวิจัยยังพบรูปแบบการกระจายตัวของ rDNA ที่แตกต่างกันตามเพศ ซึ่งเป็นรายละเอียดที่ยากหรือแทบเป็นไปไม่ได้ที่จะตรวจพบจากจีโนมที่ยังมีช่องว่าง การค้นพบนี้ช่วยเพิ่มความเข้าใจเกี่ยวกับบริเวณจีโนมที่มีความซับซ้อนและเปลี่ยนแปลงอยู่เสมอ ไม่ได้จำกัดอยู่เพียงยีนที่เกี่ยวข้องกับโรคเท่านั้น

จากโครงการจีโนมลิง สู่จีโนมเฉพาะบุคคล

ความสำคัญของงานนี้ไม่ได้อยู่แค่การได้แผนที่ DNA ของมาร์โมเสตที่ครบถ้วนที่สุด แต่ยังแสดงให้เห็นว่าเทคโนโลยี T2T เริ่มใช้งานเป็นกระบวนการปกติได้ทั้งในมนุษย์และสิ่งมีชีวิตชนิดอื่น

กลุ่ม T2T Consortium ลดต้นทุนด้วยการปรับปรุงขั้นตอนการทดลองในห้องปฏิบัติการและอัลกอริทึมสำหรับประกอบลำดับ DNA ทำให้การผลิตจีโนมที่สมบูรณ์มีค่าใช้จ่ายต่ำกว่ายุคเริ่มต้นของโครงการจีโนมมนุษย์แบบ T2T อย่างมาก ระบบอัตโนมัติที่พัฒนาขึ้นยังช่วยให้การวิเคราะห์สามารถขยายขนาดได้มากขึ้น

Prajna Hebbar ผู้เขียนหลักของงาน ระบุว่า “จีโนมิกส์แบบ T2T ที่ทำได้เป็นกิจวัตรกำลังทำให้การค้นพบต่าง ๆ เกิดขึ้นได้ง่ายและมีความเป็นไปได้มากขึ้น” ในระยะยาว แนวทางนี้อาจนำไปสู่ยุคที่จีโนมฉบับสมบูรณ์ของแต่ละคนทำหน้าที่เป็นข้อมูลอ้างอิงทางการแพทย์เฉพาะบุคคล โดยมีต้นทุนเพียงบางส่วนของค่าใช้จ่ายในปัจจุบัน

แนวโน้มดังกล่าวปรากฏในงานอื่นของกลุ่มเดียวกันแล้วเช่นกัน โดยทีมวิจัยสามารถสร้างจีโนมอ้างอิงที่แยกแฮพลอไทป์ของลิงไม่มีหางขนาดใหญ่ 6 ชนิด และถอดรหัสโครโมโซมแบบไร้ช่องว่างจากปลายถึงปลายได้ทั้งหมด 215 แท่ง

ความหมายต่อการวิจัยโรคสมองเสื่อม

มาร์โมเสตเป็นสัตว์ต้นแบบที่มีความสำคัญต่อการศึกษาอัลไซเมอร์และพาร์กินสันมานาน เพราะมียีนจำนวนมากที่เกี่ยวข้องกับการเสื่อมถอยด้านการรับรู้เช่นเดียวกับมนุษย์ ที่ผ่านมาจีโนมของมันยังมีช่องว่าง ทำให้นักวิจัยไม่สามารถเห็นรายละเอียดของยีนและบริเวณ DNA บางส่วนได้เต็มที่

จีโนม T2T ช่วยเปลี่ยนข้อจำกัดนี้ด้วยการทำให้สามารถตรวจสอบความแปรผัน โครงสร้าง และการทำงานของยีนได้ละเอียดขึ้น จึงอาจนำไปสู่ความเข้าใจใหม่เกี่ยวกับกลไกของโรคและการพัฒนาวิธีรักษาในอนาคต แต่การค้นพบยีนหรือรูปแบบทรานสคริปต์ใหม่ยังเป็นจุดเริ่มต้นของการวิจัย ไม่ใช่หลักฐานว่ามีการรักษาโรคอัลไซเมอร์หรือพาร์กินสันแบบใหม่แล้ว

โดยรวม งานนี้สะท้อนว่า “จีโนมที่ครบ” ไม่ได้เป็นเพียงฐานข้อมูลที่มีตัวอักษร DNA เพิ่มขึ้น แต่เป็นเครื่องมือที่ช่วยเปิดดูพื้นที่ซับซ้อนซึ่งจีโนมร่างเดิมไม่สามารถอธิบายได้ และอาจทำให้การจัดทำจีโนมอ้างอิงเฉพาะบุคคลมีราคาที่เข้าถึงได้มากขึ้นในอนาคต