اكتشف العلماء الساعة الرئيسية التي تتحكم في النمو والتطور البيولوجي

تخيل قطارًا يجلس في المحطة. لقد صعد الركاب إلى الطائرة، وفحص موصلو التذاكر التذاكر، ويبدو أن كل شيء جاهز للانطلاق. ولكن إذا توقفت ساعة المهندس عن العمل، فإن القطار لن يغادر أبدا. تظل الأبواب مفتوحة، والصافرة لا تنطلق أبدًا، والرحلة لا تبدأ أبدًا.

يمكن أن تحدث مشكلة مماثلة داخل الخلايا الحية. إذا فشل نظام التوقيت الذي يتحكم في النمو، فقد لا يتقدم الكائن الحي أبدًا عبر المراحل اللازمة للوصول إلى مرحلة البلوغ.

حدد الباحثون في مختبر كولد سبرينج هاربور (CSHL) الآن ما يبدو أنه ساعة تطور رئيسية في الدودة الصغيرة جيم ايليجانس. يكشف هذا الاكتشاف كيف تحافظ الخلايا على نموها وتطورها في الموعد المحدد من خلال تنسيق سلسلة من رشقات نشاط الجينات المحددة التوقيت بعناية.

العلماء يحددون الساعة التنموية الرئيسية

منذ عدة سنوات، اكتشف أستاذ CSHL كريستوفر هاميل وزملاؤه هذا التطور في جيم ايليجانس مدفوعة بنبضات التعبير الجيني. تحدث هذه الانفجارات من النشاط الجيني بالتسلسل وتساعد في توجيه الكائن الحي خلال كل مرحلة من مراحل النمو.

ما بقي غير واضح هو كيف تم توقيت تلك النبضات بهذه الدقة.

اكتشف الفريق الآن أن بروتينين، MYRF-1 وLIN-42، يشكلان دائرة ردود فعل تعمل بمثابة ساعة النمو المركزية لجينوم الدودة. ويحددون معًا متى تبدأ كل نبضة من التعبير الجيني ومدة استمرارها. ووفقا للباحثين، فإن هذا هو المثال الأول لساعة بيولوجية غير متكررة من نوعها.

يوضح هاميل: “هذه هي الساعة المركزية لجميع الخلايا في الدودة”. “إنها مسؤولة عن تنسيق سلسلة محدودة من النبضات المتسلسلة للتعبير الجيني والتي يجب أن تحدث مرة واحدة فقط، وذلك من أجل التقدم التنموي السليم. إنها مثل السقاطة. فهي تقوم بتشغيل وإيقاف الجينات عدة مرات أثناء التطور، ولكن في النهاية، تسير في اتجاه واحد فقط.”

كيف يتحكم MYRF-1 وLIN-42 في النمو

وللكشف عن آلية الساعة، قام الباحثون بدمج تجارب البيولوجيا الجزيئية التقليدية مع تسلسل الحمض النووي، وتسلسل البروتين، وأداة الذكاء الاصطناعي AlphaFold.

كشفت النتائج التي توصلوا إليها أن MYRF-1 يلعب عدة أدوار حاسمة أثناء التطوير. يعمل البروتين كمحفز يبدأ كل مرحلة من مراحل النمو وهو مطلوب أيضًا لنقطة التفتيش التي تشير إلى اكتمالها.

بمجرد بدء موجة من النشاط الجيني، يقوم MYRF-1 بتنشيط LIN-42. يساعد LIN-42 بعد ذلك في تنظيم شدة ومدة النبض الجيني. يضمن البروتينان معًا استمرار التطور بالترتيب الصحيح وبالوتيرة المناسبة.

عندما قام الباحثون بحظر MYRF-1، انهار البرنامج التنموي بأكمله.

يقول هاميل: “لم نشهد شيئًا كهذا من قبل”. “يعد MYRF-1 جزءًا من هذه الساعة التنظيمية الرئيسية لجميع الخلايا، ولكنه يعمل أيضًا كصانع مفاتيح ومفتاح رئيسي لكل مرحلة من مراحل النمو. وبدون المفتاح الصحيح لكل مرحلة، سيصطدم التطور بحائط ولا يمكن أن يتقدم.”

استكشاف كيفية بقاء الساعات الخلوية متزامنة

يضم فريق البحث أيضًا مدير أبحاث CSHL ليمور جوشوا تور. هدفهم التالي هو فهم أفضل لكيفية تفاعل MYRF-1 وLIN-42 جسديًا وكيف تعمل هذه الساعات التنموية عبر الخلايا المختلفة.

أحد الأسئلة الأكثر إثارة للاهتمام هو ما إذا كانت الساعات الخلوية الفردية تتواصل مع بعضها البعض أثناء التطور.

يقول هاميل: “تعمل دائرة MYRF-1/LIN-42 في جميع الخلايا”. “وكل واحدة من هذه الساعات الخلوية المستقلة تبدو متزامنة عندما تشاهد التطور الطبيعي. ولكن هل تتواصل مع بعضها البعض؟ لم نفكر بعمق في هذا السؤال من قبل.”

الآثار المحتملة لاضطرابات النمو

إن فهم كيفية عمل الساعات التنموية وبقائها متزامنة يمكن أن يوفر رؤى مهمة حول النمو الخلوي والتمايز وتطور الأنسجة والأعضاء.

وفي المستقبل، قد يساعد هذا البحث العلماء أيضًا على فهم اضطرابات النمو وبعض الأمراض الوراثية بشكل أفضل. ومن خلال الكشف عن كيفية قيام أنظمة التوقيت الداخلية للجسم بمواصلة النمو للأمام، يمكن أن تشير النتائج في النهاية إلى طرق جديدة لمعالجة الظروف التي يتعطل فيها التطور الطبيعي.

مثل القطار الذي يتلقى أخيرًا إشارة مغادرة المحطة، يبدو أن الساعة MYRF-1/LIN-42 المكتشفة حديثًا تساعد في ضمان تقدم التطوير بثبات إلى الأمام، مرحلة تلو الأخرى.

المصدر :- Health & Medicine News — ScienceDaily