الموت في خدمة الحياة

كل خلية حية مضمنة بـ "برنامج" يأمر الخلية بفقد نفسها لتعرف متى يهدد استمرار وجودها الكائن الحي بأكمله * في معهد وايزمان تتم دراسة هذه الآلية

الرأس تحت الماء والذراعين والساقين ممدودتان للخلف بإحكام - هذا هو كل ما هو مطلوب من السباح الذي يريد أن يجرفه التيار. ومن ناحية أخرى، تتطلب الخلية المنوية جهدًا أكبر بكثير، فهي تقوم بتنشيط آليات مشابهة لتلك التي تسبب موت الخلية المبرمج. تحتوي كل خلية حية على "برنامج" يوجه الخلية إلى فقدان نفسها عندما تعلم متى يهدد استمرار وجودها الكائن الحي بأكمله. يساعد هذا البرنامج ("موت الخلايا المبرمج") الجسم على التخلص من الخلايا القديمة أو التالفة أو التي يحتمل أن تكون مدمرة - مثل الخلايا المصابة بفيروس أو الخلايا التي خضعت لتحول سرطاني. ولتنفيذ حكم الإعدام، يتم تنشيط الإنزيمات القاطعة للبروتين من عائلة "الكاسبيز". ومن هذه اللحظة، كما هو الحال في النهج السائد، لا يمكن وقف كرة الثلج. بمجرد تنشيط الكاسبيز، تصبح الخلية محكوم عليها بالموت المحقق.

منذ وقت ليس ببعيد أصبح من الواضح أن التنشيط المتحكم فيه لآليات موت الخلايا المبرمج هو الذي يمكّن المرحلة المتأخرة من تطور خلايا الحيوانات المنوية في ذبابة "دروسوفيلا البحثية" (دروسوفيلا). وظهر هذا الاكتشاف نتيجة لأبحاث ما بعد الدكتوراه التي أجراها الدكتور إيلي أرما في جامعة روكفلر بالولايات المتحدة الأمريكية. أظهر الدكتور أرما، الذي انضم مؤخرًا إلى قسم علم الوراثة الجزيئية في معهد وايزمان للعلوم، أنه فقط بعد تنشيط آليات موت الخلايا المبرمج فيها، فإن خلايا الحيوانات المنوية، التي يتم تجميعها في مجموعات من 64 خلية متصلة ببعضها البعض ( "الحيوانات المنوية")، منفصلة إلى وحدات مستقلة من خلايا الحيوانات المنوية الفردية. ولهذا الغرض، يتم تفكيك بروتين "الغراء" الذي يربط الخلايا، ويتم جمع معظم "الحساء" الخلوي (السيتوبلازم) وعضيات الخلية وإلقائها في هيكل مغلف بغشاء يعرف باسم "كيس النفايات"، حيث يتم تقسيمها بواسطة إنزيمات كاسباس. وفي نهاية العملية، تتشكل خلايا منوية ناضجة يمكنها تخصيب البويضة وتؤدي إلى خلق حياة جديدة. الاضطرابات في العملية تسبب العقم عند الذكور.

ومن النقاط التي سعى الدكتور أرما لتوضيحها هي كيفية نجاة الخلية المنوية من النشاط المدمر للكاسبيز، أو بمعنى آخر كيف تعرف إنزيمات الكاسبيز كيفية التمييز بين النفايات المعدة للتحلل والبروتينات الضرورية لوجود الكاسبيز. الخلية المنوية. ما هي آليات التحكم التي تحد من نشاط الكاسبيزات، في المكان والزمان، وتمنعها من التسبب في تلف، وحتى الموت، للخلايا المنوية النامية؟

من المعروف أن نشاط الكاسبيزات في الخلايا السليمة والعادية يكون محدودًا عن طريق بروتينات مثبطة معينة، والتي تعمل كنظام مكابح. عندما يتم إعطاء الضوء الأخضر لتفعيل آلية الموت المبرمج، تتحلل البروتينات المثبطة وتتوقف عن العمل. وبالتالي تتم إزالة التثبيط، ويتم تنفيذ عمليات موت الخلايا المبرمج. وكشف الدكتور أرما وزملاؤه عن مسار تحكم آخر ينظم نشاط الكاسبيزات أثناء تطور الخلية المنوية، وفي هذه العملية قدموا بيانات جديدة عن عمل هذه الإنزيمات. ونشرت هذه النتائج، التي قد تساهم أيضًا في فهم أسباب العقم عند البشر، مؤخرًا في مجلة PLoS Biology، حيث قام الباحثون بمسح الجينومات لأكثر من ألف خط خلوي مختلف لذباب الفاكهة العقيم، لتحديد الجينات التي تنشط الجينات. caspases في المرحلة النهائية من تطور الخلايا المنوية. وهكذا تمكنوا من تحديد 22 جينة مطلوبة لتفعيل الكاسبيز. جينتان من هذه المجموعة ترمزان للبروتينات التي "تحرر المكابح" التي تمنع الكاسبيزات. أحد هذين البروتينين يسمى Cullin-3. من المعروف أن عائلة بروتين الكولين مسؤولة عن تمييز البروتينات بعلامة تعريف - جزيء يوبيكويتين - الذي يرسل البروتينات المميزة للتحلل. اتضح أن الكولين 3، مع بروتينين آخرين، يحددان مثبطات الكاسبيز بعلامة التدمير. وبالتالي، فإن الكولين 3 يمكّن من تنشيط الكاسبيزات، ويعطي الإشارة لتحطيم مجموعات خلايا الحيوانات المنوية.

تربط هذه النتائج لأول مرة البروتينات من عائلة الكولين بالتحكم في نشاط الكاسبيز، وتظهر أن البنية التي تنتج الكولين 3 تلعب دورًا مركزيًا في تنشيط الكاسبيز في عملية تكوين خلايا الحيوانات المنوية الناضجة. ووجد الباحثون أدلة على أن الطفرات في الكولين 3، أو في البروتينين الآخرين، تمنع تطور خلايا منوية ناضجة وذات شكل طبيعي، وبالتالي تسبب العقم. في البحث الذي يجريه في معهد وايزمان للعلوم، يخطط الدكتور أرما لتحديد العوامل التي تمنع الكاسبيزات التي يتم إرسالها للتحلل بواسطة الكولين 3. إذن، كيف يمكن للخلايا المنوية الهروب من النشاط المدمر للكاسبيزات؟ ؟ يفترض العلماء أن تحلل المثبطات وتفعيل الكاسبيز يقتصر على أقسام معينة من الخلية المنوية النامية. يتم تجنب تنشيط الكاسبيز في الأماكن التي قد يسبب فيها الضرر، وبما أن الكولين 3 يشارك أيضًا في التطور الطبيعي لخلايا الحيوانات المنوية لدى الإنسان، فإن هذه النتائج يمكن أن تساهم في فهم أسباب العقم عند الرجال، وتطوير طرق لعلاج هذه الظاهرة.