لغز الكولاجين

بدون الكولاجين سوف ننهار – بالمعنى الكامل للكلمة. هذا الجزيء البروتيني الكبير، الأكثر شيوعًا في أجسامنا، هو "الغراء" الذي يلصق الأنسجة.

بدون الكولاجين سوف ننهار – بالمعنى الكامل للكلمة. هذا الجزيء البروتيني الكبير، الأكثر شيوعًا في أجسامنا، هو "الغراء" الذي يلصق الأنسجة. في الواقع، في ماضينا التطوري البعيد، كان الكولاجين هو الذي سمح لأسلافنا ذوي الخلية الواحدة بالتطور إلى مخلوقات متعددة الخلايا - لأنه ساعد الخلايا الفردية على الالتصاق ببعضها البعض.

أثناء نمو الجنين، تتشكل فيه كميات كبيرة من الكولاجين، وهو المادة الأولية لبناء العظام. نظرًا لأن إنتاج الكولاجين عملية معقدة ومتعددة الخطوات، وتتطلب الكثير من الأكسجين، فمن المتوقع أن تتلقى العظام النامية كمية كبيرة من الأكسجين. ولكن من المدهش أن العكس هو الصحيح. يتلقى العظم، باعتباره عضوًا داخليًا، كميات صغيرة من الأكسجين - مقارنة بالأنسجة الخارجية للجنين. علاوة على ذلك، فإن الأنسجة الغضروفية، التي تسبق تكوين العظام، تدفع بشكل فعال الأوعية الدموية التي تحمل الأكسجين إلى الخارج.

دراسة أجريت في معهد وايزمان للعلوم ونشرت في مجلة التنمية تلقي ضوءا جديدا على هذه المفارقة. على الرغم من أن اللغز المتعلق بتكوين العظام في وجود كمية قليلة من الأكسجين لم يتم حله بعد، إلا أن نتائج البحث تشرح كيف يتم إنتاج الكولاجين في ظل ظروف تبدو غير مناسبة على الإطلاق.

قام البروفيسور إليزار سيلتزر، وليتل بن توفيم، والطالب الباحث في ذلك الوقت الدكتور روي أمريليو، من قسم الوراثة الجزيئية، بدراسة تكوين الكولاجين في العظام النامية لأجنة الفئران. وركزوا على جزيء يسمى HIF1-α، والذي يلعب دورًا رئيسيًا في التحكم في استجابة الخلية لمستويات الأكسجين المنخفضة في الأنسجة. اكتشف العلماء أن HIF1-α يعمل أيضًا كمفتاح تحكم مركزي في بناء الكولاجين، ويجعل العملية فعالة للغاية، من أجل الاستخدام الأمثل للقليل من الأكسجين. وعندما قام العلماء بمنع نشاط هذا الجزيء، ضعف إنتاج الكولاجين، ولم ينمو العظم بشكل صحيح.

وجد العلماء أن HIF1-α يعمل كمدير كفؤ: فهو يخلق الظروف المثالية لبناء الكولاجين. أولاً، يزيد من إنتاج الإنزيمات التحفيزية التي تسرع العملية. بالإضافة إلى ذلك، فهو يوقف العمليات الأيضية الأخرى في الأنسجة، بحيث يتم توجيه الأكسجين القليل المتوفر بالكامل إلى الخلايا التي تنتج الكولاجين، بهدف السماح لها بالتركيز على هذه المهمة فقط.

توضح هذه النتائج كيفية تشكيل وحدات البناء الأكثر مركزية في جسم الجنين. بالإضافة إلى ذلك، قد يساهم البحث في فهم الأمراض. على سبيل المثال، قد يقدم تفسيرًا للسؤال، لماذا لا يمنع انخفاض مستويات الأكسجين في الأنسجة السرطانية تطور الورم.

متصل

العظام والعضلات والأوتار تعطي جسمنا شكله، وتحافظ على استقراره، وتسمح له بالحركة. ولكن من أجل أداء هذه الوظائف بنجاح، يجب عليهم تشكيل نظام واحد بأجزاء منسقة للغاية - الجهاز الهيكلي والعضلي. اكتشفت دراسة جديدة أجريت في معهد وايزمان للعلوم ونشرت في مجلة التطوير آلية مركزية مسؤولة عن إنشاء النظام.

الخطوة الأساسية في تجميع الجهاز الهيكلي والعضلي هي تطوير وحدات الاتصال بين العظام والأوتار. وهي نتوءات ذات أشكال وأحجام مختلفة، تنمو على سطح العظم. هذه النتوءات ضرورية لأداء الجهاز الهيكلي والعضلي بشكل سليم: فهي تشكل نقاط قبضة ثابتة للعضلات، التي ترتبط بالعظام عن طريق الأوتار، وتشتت التوتر الذي تمارسه العضلات المنقبضة على العظم.

وفي الدراسة الجديدة، التي أجريت على أجنة الفئران، اكتشف العلماء أن النتوءات العظمية تتشكل من مجموعة مختلفة من الخلايا عن خلايا بناء العظام المعروفة، والتي لم تكن معروفة من قبل. تتميز الخلايا التي تبني النتوءات بنوع من "الشخصية المنقسمة": يتم التحكم فيها في الوقت نفسه من خلال برنامجين وراثيين - أحدهما مناسب للعظام، والآخر مناسب للأوتار. هذا الانقسام هو ما يسمح بربط الأوتار والعضلات بالنتوءات العظمية.

وتمكن العلماء من فك رموز تفاصيل البرنامجين الوراثيين، بما في ذلك آليات التحكم الجزيئي الخاصة بهما، من خلال إنشاء أجنة فئران متحولة، كانت فيها جينات معينة مفقودة، ومراقبة تطورها. أجرى البحث البروفيسور إليعازر سلتزر وطالبة البحث آنذاك الدكتورة عينات بليتز من قسم الوراثة الجزيئية في المعهد.

إن اكتشاف أن العظام تتشكل عند الجنين بطريقة معيارية قد يساعد في تفسير خواصها الميكانيكية، على سبيل المثال، قدرة المناطق التشريحية المختلفة للعظم على التعامل بطرق مختلفة مع الضغط والوزن، مما يساهم في المقاومة والمرونة. من الهيكل العظمي.