قام الدكتور يوناتان شتلزر من معهد وايزمان بتطوير طريقة مبتكرة تتيح مراقبة غير مسبوقة لتطور الخلايا في الجنين
إنه أحد ألغاز الحياة العظيمة: يتم امتصاص كرة صغيرة من الخلايا في الرحم، وبطريقة ما، وبمعجزة، تبدأ الخلايا المتماثلة في التمايز، وتتجه كل منها إلى مصير مختلف. كيف من نفس "قائمة المكونات" تم إنشاء مجموعة متنوعة من مئات أنواع الخلايا التي تشكل معًا الكائن الحي؟ اقترب علماء معهد وايزمان للعلوم وشركاؤهم في الأبحاث مؤخرًا خطوة أخرى من حل اللغز من خلال تطوير طريقة تسمح بمراقبة غير مسبوقة لتمايز الخلايا الجذعية الجنينية، واكتشفوا أن الخلايا المتطابقة ظاهريًا تبدأ في التغير في وقت أبكر مما كان يُعتقد سابقًا. ونشرت نتائج الدراسة في المجلة العلمية Molecular Cell.
تحتوي كل خلية في جسمنا على نفس الجينوم، لكن علم الوراثة اللاجينية (حرفيا: فوق علم الوراثة) - أي التغييرات التي لا تنطوي على تغيير في تسلسل الحمض النووي نفسه، ولكنها تنظم نشاط الخلية - يختلف من خلية إلى أخرى. يوضح الدكتور يوناتان شيتلزر، من قسم البيولوجيا الجزيئية للخلية: "إن التغيرات اللاجينية لها تأثير حاسم بشكل خاص على التطور الجنيني، لأنه من الضروري خلالها تشغيل وإيقاف العديد من الجينات بالتناوب". في بحث ما بعد الدكتوراه، في مختبر البروفيسور رودولف جانيش من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT)، طور الدكتور شيتلزر، من خلال مجموعة من التقنيات المتقدمة، طريقة جديدة لرصد النشاط اللاجيني في الوقت الحقيقي في مستوى خلية واحدة. يقول: "لسنوات عديدة كان لدينا جينات "مراسلة" - تسلسلات الحمض النووي التي ترمز للبروتينات المضيئة - التي تسمح لنا بمراقبة التعبير الجيني في الخلية، ولكن حتى الآن، لم يكن لدينا أدوات مماثلة لدراسة التغيرات اللاجينية. . باستخدام الطريقة الجديدة، نحصل فعليًا على "مراسل" يمكن إدخاله في الجينوم من أجل الكشف عن علم الوراثة، وبالتالي رؤية هذه التغييرات - حتى أصغرها - على مستوى الخلية الواحدة.
في دراسة أجريت في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ومعهد وايزمان للعلوم، قام الدكتور شيتلزر والبروفيسور ييانيش وطالب البحث يولين سونغ، من مختبر ييانيش، بدراسة التغير اللاجيني الأكثر شيوعًا في الحمض النووي: إضافة علامة كيميائية لمجموعة الميثيل، المعروفة باسم الميثيل. عندما يتم امتصاص الكيسة الأريمية، وهي تلك الكرة الصغيرة التي تحتوي على حوالي 100 خلية فقط، في الرحم، يخضع جينومها لعملية مثيلة جذرية. يستخدم الميثيل بشكل أساسي كوسيلة لإسكات الجينات، ولكن في مناطق معينة على سطح الحمض النووي، يبدو أن الميثيل يستخدم بشكل أقل كمفتاح إيقاف وأكثر كـ "زجاج" يتحكم في مستوى التعبير عن جينات معينة. وقد أظهرت الدراسات أن العديد من هذه المناطق تعمل بمثابة "مناطق تحكم" - أجزاء من الحمض النووي تؤثر عن بعد على جينات أخرى - وأن مناطق التحكم هذه مخصصة لجينات أنواع معينة من الخلايا أو الأنسجة.
لقد فوجئنا باكتشاف أنه حتى عندما يبدأ الرحم في امتصاص الكيسة الأريمية - وهي المرحلة التي افترضنا فيها أن الخلايا الجذعية الجنينية تتمتع بكامل إمكاناتها - فإن بعض إمكانيات الخلايا قد بدأت بالفعل في الحجب. "
ولفك تشفير آلية عمل مناطق التحكم هذه في بداية التطور الجنيني، قام الباحثون بإدخال المراسلين المطورين حديثًا في موقعين تحكم مختلفين في الكيسة الأريمية للفأر ولاحظوا عملية المثيلة. وتفاجأوا عندما اكتشفوا أن علامات الميثيل التي كانت مرتبطة بالحمض النووي تمت إزالتها بعد وقت قصير بواسطة البروتينات، ثم عادت فيما بعد وتعلقت بها. سمح نظام الإبلاغ الجيني للباحثين بمراقبة تأثيرات هذه التغييرات بالتفصيل في مناطق التحكم، واكتشفوا أن إزالة العلامات عززت التفاعلات المكانية بين مناطق التحكم والجينات "المتحكم فيها".
يحتوي كل جين DNA على نسختين - نسخة واحدة من كل والد. اكتشف الباحثون أن التفاعلات بين علامات الميثيل وكل نسخة من نسختي الجين غير متزامنة، ونتيجة هذا النشاط العشوائي ظاهريًا هو مستوى مختلف من التعبير من خلية إلى أخرى: في بعض الخلايا، تم إسكات نسخة واحدة، وفي حالات أخرى تم إسكاتهما، وأحيانًا لم يتم إسكات أي منهما. ويفترض الباحثون أن الحالة اللاجينية الفريدة لمناطق التحكم هذه - مما يؤدي إلى مزيد من الاختلافات في التعبير عن الجينات الخاضعة للتحكم - تحدد الخلية لمصير معين بالفعل في هذه المرحلة الأولية، عندما تظل جميع الخلايا متشابهة.
"تبين أن عملية المثيلة وإزالة الميثيل برمتها في موقع التحكم، والتمايز الذي أعقب ذلك، معقدة للغاية. الآن يمكننا أن نبدأ في تجميع التفاصيل الصغيرة لعمليات اتخاذ القرار في الخلية خلال الأيام والأسابيع الأولى من التطور الجنيني من أجل فهم مدى إمكانات الخلية الجذعية الجنينية - تلك التي يمكن أن تتمايز إلى أي نوع من الخلايا -. يقول الدكتور ستيلزر: "لقد تم تحويلها في النهاية إلى مصير محدد". "لقد فوجئنا باكتشاف أنه حتى عندما يبدأ الرحم في امتصاص الكيسة الأريمية - وهي المرحلة التي افترضنا فيها أن الخلايا الجذعية الجنينية تتمتع بكامل إمكاناتها - فإن بعض إمكانيات الخلايا قد بدأت بالفعل في الحجب ".
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
תגובה אחת
حسنًا، قرأت كل شيء ولم أفهم شيئًا