مع تطور الدماغ، يجب على الخلايا العصبية المتكونة حديثًا أن تنتقل عبر الأنسجة المكتظة بإحكام للوصول إلى وجهاتها النهائية في القشرة الدماغية، حيث تصبح جزءًا من شبكة اتصالات الدماغ. تجبر هذه الرحلة الخلايا على عبور فجوات ضيقة بين الألياف والخلايا المجاورة.
دراسة جديدة نشرت في طبيعة وقد كشفت عن نتيجة غير متوقعة لهذه العملية. وجد باحثون من معهد علوم المواد الخلوية المتكاملة (WPI-iCeMS) التابع لجامعة كيوتو والمؤسسات المتعاونة أن الخلايا العصبية المهاجرة تتعرض بشكل روتيني لأضرار كبيرة في الحمض النووي. على وجه التحديد، تتطور الخلايا إلى فواصل مزدوجة، وهو شكل حاد من تلف الحمض النووي حيث يتم قطع كلا خيوط الحلزون المزدوج للحمض النووي.
على الرغم من أن الفواصل المزدوجة ترتبط عادة بالطفرات، وخلل الخلايا، وحتى موت الخلايا، فقد اكتشف الباحثون أنها جزء طبيعي من تطور قشرة الدماغ. وفي العقول السليمة، يتم إصلاح الضرر بسرعة قبل أن يسبب مشاكل دائمة.
يقول البروفيسور مينيكو كينجاكو، من WPI-iCeMS، الذي قاد الدراسة: “يبدو أن الدماغ النامي قد تطور ليتحمل ويصلح تلف الخلايا العصبية بكفاءة”. “لكن فهم حدود هذا التحمل – وما يحدث عندما يكون الإصلاح غير مكتمل – يقربنا من فهم مجموعة من الحالات العصبية.”
تلف الحمض النووي أثناء هجرة الخلايا العصبية
وللتحقق من كيفية حدوث هذا الضرر، أعاد الباحثون إنشاء التحديات الجسدية التي تواجهها الخلايا العصبية النامية. وقاموا بتوجيه الخلايا العصبية عبر قنوات دقيقة صغيرة مصممة لتقليد المساحات الضيقة الموجودة في أنسجة المخ النامية.
وباستخدام علامات الفلورسنت، لاحظ الفريق ظهور فواصل مزدوجة في الحمض النووي أثناء تحرك الخلايا العصبية عبر القنوات. وبمجرد خروج الخلايا من الجانب الآخر، اختفى الضرر تدريجياً. وتم إصلاح معظم الكسور خلال 24 ساعة، وواصلت الخلايا العصبية عملها بشكل طبيعي.
وحدد الباحثون مصدر الضرر على أنه Topoisomerase IIβ، وهو إنزيم يساعد الخلايا عادة على إدارة الإجهاد داخل الحمض النووي. في الظروف العادية، يقوم الإنزيم بقطع خيوط الحمض النووي بشكل مؤقت لتخفيف الالتواء والتوتر الناتج عن النشاط الخلوي الروتيني قبل إعادة توصيلها.
يمكن مقارنة العملية بقطع كابل متشابك لإزالة الالتواءات ثم إعادة توصيله. ومع ذلك، عندما تتعرض الخلايا العصبية لضغط ميكانيكي أثناء الضغط عبر المساحات الضيقة، يمكن أن يصبح الإنزيم محصورًا في منتصف العملية، مما يترك أجزاء من الحمض النووي مكسورة. تعتمد الخلية بعد ذلك على آلية إصلاح تسمى الانضمام غير المتماثل لإعادة توصيل أطراف الحمض النووي التالفة.
لماذا تتعافى الخلايا العصبية بينما لا تتعافى الخلايا الأخرى؟
ووجد الفريق أن تلف الحمض النووي العصبي يختلف عن الضرر الذي يحدث في بعض الخلايا السرطانية التي تتحرك عبر نفس القنوات الدقيقة. في الخلايا السرطانية، يميل تلف الحمض النووي إلى الحدوث بشكل عشوائي ويمكن أن يعطل النشاط الخلوي الطبيعي أو يؤدي إلى موت الخلايا.
اقرأ أيضًا...
في المقابل، تركزت فواصل الحمض النووي في الخلايا العصبية بشكل رئيسي في مناطق الجينوم التي لا تشارك بنشاط في وظائف الجينات الحرجة. ونظرًا لعدم الحفاظ على الجينات الأساسية إلى حد كبير، تكون الخلايا قادرة على الحفاظ على وظيفتها الطبيعية على الرغم من الضرر المؤقت.
عندما يفشل إصلاح الحمض النووي
ولاستكشاف عواقب الإصلاح الفاشل، قام الباحثون بهندسة الفئران التي تفتقر خلاياها العصبية المخيخية المتكونة حديثًا إلى Ligase 4، وهو إنزيم مطلوب لإصلاح تكسر الحمض النووي.
تطورت الفئران بشكل طبيعي ولم تظهر أي تشوهات مبكرة واضحة. ومع ذلك، عندما وصلوا إلى مرحلة البلوغ، بدأوا يعانون من مشاكل توازن خفيفة ولكنها تتفاقم تدريجياً. تشبه هذه الأعراض تلك التي تظهر في بعض الاضطرابات البشرية المرتبطة بعدم استقرار الجينوم الذي يؤثر على المخيخ.
أدلة على تنوع الدماغ والمرض
تشير النتائج إلى أن كسر الحمض النووي وإصلاحه قد يلعب دورًا أكبر في بيولوجيا الدماغ مما كان معترفًا به سابقًا. يريد الباحثون الآن أن يفهموا ما إذا كانت هذه التغييرات المبكرة في الحمض النووي تساهم في الاختلافات بين الخلايا العصبية الفردية وما إذا كانت تؤثر على أمراض النمو العصبي أو التنكس العصبي في وقت لاحق من الحياة.
يقول البروفيسور كينجاكو: “إنه يغير طريقة تفكيرنا في الجينوم العصبي”. “تنشأ جميع الخلايا العصبية من نفس الحمض النووي، ولكن تلف الحمض النووي وإصلاحه يمكن أن يؤدي إلى اختلافات جينية صغيرة بين الخلايا العصبية الفردية من خلال رحلة ميكانيكية صغيرة. وقد يكون بعض هذا التاريخ مكتوبًا في الجينوم نفسه.”
أجريت الدراسة من خلال التعاون بين جامعة كيوتو، وجامعة طوكيو، وجامعة أوساكا، وجامعة سنغافورة الوطنية، ومعهد طوكيو متروبوليتان للعلوم الطبية.
المصدر :- Health & Medicine News — ScienceDaily
