الإجابة الميتوكوندريا، هذا أنا

وكشف علماء المعهد عن قناة اتصال بين لاعبين رئيسيين في الخلية - النواة والميتوكوندريا - وأظهروا أن العضيتين تتبادلان الرسائل مع بعضهما البعض من خلال خطوط الاتصال الجزيئية

وكأي نظام، فإن النظام الممارس في الخلية يحتاج أيضاً إلى وسائل اتصال وقدرة على نقل المعلومات. كشفت مؤخرا أنشأ علماء معهد وايزمان للعلوم قناة اتصال بين لاعبين رئيسيين في الخلية - النواة والميتوكوندريا - وأظهروا أن العضيتين تتبادلان الرسائل مع بعضهما البعض من خلال نقاط اتصال فيزيائية تشكل نوعا من خطوط الاتصال الجزيئية. ومن المتوقع أن يسمح التنصت على الاتصالات السلكية بين عضيات الخلايا للعلماء بفهم أفضل للحالات المرضية التي تتطور بسبب الاضطرابات في قنوات الاتصال - من السرطان إلى الأمراض التنكسية في الجهاز العصبي.

تحتاج عضيات الخلية المغلفة بشكل آمن بغشاءها الدهني إلى قنوات اتصال مع بيئتها، بما في ذلك تلقي الرسائل من العضيات الأخرى. يعد الحفاظ على التدفق المستمر للمعلومات أمرًا مهمًا بشكل خاص لعضيات النواة والميتوكوندريا: فالنواة، حيث يتم تخزين الشفرة الوراثية القيمة، تعتمد على الميتوكوندريا - مراكز الطاقة في الخلية - لتوفير كمية كبيرة من الطاقة المطلوبة المراحل الأولية للتعبير الجيني. وتعتمد عضيات الميتوكوندريا، من جانبها، على خدمات تخزين النواة لمعظم برامجها الجينية وتنفيذها في الوقت المناسب.

"التفسير الشائع هو أن أصل الميتوكوندريا هو في خلية بكتيرية قديمة، بدون نواة بالطبع، والتي ابتلعها بالكامل شكل بدائي آخر من الحياة وحيدة الخلية كانت قد تطورت فيها النواة بالفعل"، يوضح البروفيسور. مايا شولدينر يتخصص مختبره في قسم علم الوراثة الجزيئية في معهد وايزمان للعلوم في دراسة الاتصالات داخل الخلايا. "وهكذا، هاجرت الجينات الناشئة من الميتوكوندريا ببطء نحو نواة الخلية واندمجت أثناء التطور مع جينوم ذلك الكائن الحي. وهذا التطور جعل من وجود قنوات الاتصال بين العضيات ضرورة - لأنها تتيح التنسيق الوثيق بين كمية الطاقة الخلوية المتاحة لمختلف المهام الخلوية.

إحدى طرق الاتصال بين العضيات هي نقاط الاتصال المادية الحقيقية التي أصبحت ممكنة عن طريق ربط الجزيئات. الأبحاث السابقة وفي مختبر البروفيسور شولدينر، أظهروا أن خطوط الاتصال هذه يمكن أن تمتد بين أي عضيتين، لكن توصيف قنوات الاتصال المهمة بين نواة الخلية والميتوكوندريا ظل بعيد المنال حتى الآن.

وفي الدراسة الحالية، بدأ فريق بقيادة الدكتور ميشال أيزنبرغ بورد وطالبة الدكتوراه نعمة تسونغ، في البحث عن قنوات الاتصال هذه في خلايا خميرة الخبز - وهو كائن حي دقيق وحيد الخلية يسهل نموه ويشبه الخلايا البشرية. باستخدام طريقة تم تطويرها مسبقًا في مختبر البروفيسور شولدنر من قبل طالب الدكتوراه في ذلك الوقت، الدكتور نداف شاي، قام الباحثون بهندسة خلايا الخميرة للتعبير عن بروتين فلوري يضيء استجابةً لإنشاء اتصال بين عضيتين.

وبعد التأكد من وجود قنوات اتصال بين النواة والميتوكوندريا وتحديد مواقع نقاط الاتصال بين العضيات بمساعدة البروتين الفلوري، انطلق الباحثون للكشف عن الآليات الجزيئية التي تمكن هذا النوع من التواصل. ولتحقيق هذه الغاية، استخدموا طريقة تسمى "الفحص عالي الإنتاجية" (HTS) التي تسمح بفحص الآلاف من سلالات الخميرة المختلفة، في وقت قصير نسبيًا وبكفاءة، بحثًا عن الجينات ومنتجاتها البروتينية المشاركة في هذه الآلية. وبعد مسح ما يقرب من 6,000 بروتين خميرة مختلف، تمكن فريق البحث من التعرف على بروتين لم يتم وصفه بعد في الأدبيات العلمية ويوجد بكثرة في نقاط الاتصال بين العضيات.

عندما جعل الباحثون خلايا الخميرة تنتج كمية كبيرة بشكل خاص من هذا البروتين، والذي أُطلق عليه اسم Cnm1، تدفقت عضيات الميتوكوندريا في الخلايا نحو النواة، وتجمعت حول غشائها وشكلت مجموعة متفرعة من نقاط الاتصال معها. يوضح البروفيسور شولدينر: "لقد أظهرنا أن بروتين Cnm1، وهو بروتين مدمج في الغشاء النووي، يتصرف مثل "سلك الاتصال"، من خلال الارتباط ببروتين آخر معروف على غشاء الميتوكوندريا".

بالإضافة إلى تحديد المكونات الجزيئية لآلية الاتصال بين العضيات، نجح الباحثون أيضًا في الكشف عن آلية تحكم تنظم عملية إنشاء نقاط الاتصال: عندما يتم نشاط مختلف الإنزيمات اللازمة لإنشاء جزيء دهني يسمى فوسفاتيديل كولين - تم تعطيل مكون مهم من الأغشية البيولوجية، وانخفضت كمية Cnm1، واختفت نقاط الاتصال المتفرعة التي ظهرت في التجربة السابقة. "من الواضح أن السبب في ذلك لا يكمن في توقف نشاط هذا الإنزيم أو ذاك، بل في حقيقة عدم وجود ما يكفي من جزيء الدهون نفسه"، يوضح البروفيسور شولدينر، "وكدليل، وعندما أضفنا الجزيء إلى خلايا الخميرة التي تم تصميمها بحيث لا تتمكن من الإنتاج بمفردها، عادت نقاط الاتصال للظهور".

إن اكتشاف الآلية الجزيئية التي تتيح قناة اتصال ثنائية الاتجاه بين النواة والميتوكوندريا يضع الأسس لفهم أعمق لوظائف هذه العضيات. هذا الفهم مهم بشكل خاص لأن انقطاع الاتصال في هذه القناة قد يساهم في تطور أمراض مختلفة بما في ذلك أنواع مختلفة من السرطان، والأمراض التنكسية العصبية في الجهاز العصبي، ومقاومة الأنسولين التي تميز مرضى السكري من النوع 2، والسمنة المرضية، وبشكل عام شيخوخة الأنسجة. .

المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:

• لا يوجد عضو جزيرة
• تحميل
• الطرق الجانبية
• البستاني المخصص