وقد يساهم هذا الاكتشاف في التطوير المستقبلي لطرق متقدمة لعلاج العضلات باستخدام الخلايا الجذعية
تتكون عملية تطور الأنسجة العضلية في الجنين من عدة مراحل. في المرحلة الأولى، تتمايز الخلايا الجنينية الأولية إلى خلايا ستصبح خلايا عضلية. تسمى الخلايا الموجودة في هذه المرحلة من عملية التمايز بالخلايا العضلية. في المرحلة الثانية، تتعرف الخلايا العضلية على بعضها البعض وتلتصق ببعضها البعض. وفي المرحلة الثالثة يتم الاندماج، حيث تتجمع الأغشية الموجودة بين الخلايا وتنفجر، بحيث تتكون خلايا موحدة كبيرة متعددة النوى. هذه الخلايا الموحدة والمتحدة هي الألياف العضلية القادرة على الانقباض وبذل القوة وأداء العمل.
وكانت الطريقة التي تتعرف بها الخلايا الأرومية العضلية على بعضها البعض وتلتصق ببعضها البعض معروفة، لكن الطريقة التي تندمج بها الأغشية تظل لغزا. تلقي دراسة أجراها علماء معهد وايزمان للعلوم مؤخرًا ضوءًا جديدًا على هذه العملية. وشاركت في الدراسة طالبة البحث رادا مسارفا وفنية المختبر شاري كارمون، تحت إشراف الدكتور إيال شيختر والبروفيسور بن تسيون شيلا، من قسم الوراثة الجزيئية في معهد وايزمان للعلوم. كما شاركت في الدراسة الدكتورة فيرا شيندر من وحدة المجهر الإلكتروني. تعتمد عملية التعرف المتبادل للخلايا الأرومة العضلية على جزيئات التعرف على البروتين الموجودة في أغشية الخلايا بحيث يبرز أحد طرفيها للخارج بينما يكون الطرف الآخر داخل الخلية. عندما يلتصق جزيئين من هذه الجزيئات ببعضهما البعض، ترسو الخلايا جنبًا إلى جنب، على مقربة شديدة. ولكن ما الذي يجعلهم شقيقة؟
واكتشف علماء المعهد أن بروتينًا معينًا، والذي يرتبط بالجزء الداخلي من جزيء التعرف في الخلية الأرومة العضلية (التي ستصبح خلية عضلية)، يلعب دورًا رئيسيًا في عملية اندماج الخلايا. يربط هذا البروتين، المسمى WIP، جزيء التعرف والالتصاق، وآلية الهيكل الخلوي القائمة على ألياف بروتين الأكتين. في هذه المرحلة، تمارس آلية الهيكل الخلوي قوة تخلق فتحات في أغشية الخلايا المجاورة، وتوسعها، مما يؤدي في الواقع إلى اندماج الخلايا. اكتشف العلماء أن بروتين WIP يبدأ العمل عندما تتلقى الخلية إشارة خارجية في شكل التعرف على خلية أرومة عضلية أخرى والالتصاق بها. فقط بعد تلقي هذه الإشارة، يقوم WIP بربط جزيئات التعرف والالتصاق بجهاز الهيكل الخلوي.
وتبين أن بروتين WIP محفوظ في التطور، أي أن نسخه موجودة في جميع الحيوانات، بدءًا من الكائنات الحية الدقيقة مثل الخميرة، مرورًا بالديدان والذباب، وانتهاءً بالبشر. بمعنى آخر، يلعب هذا البروتين دورًا أساسيًا في العمليات الحياتية للعديد من الحيوانات، بما في ذلك البشر. ويقول العلماء إنه بما أن بروتين WIP محفوظ في التطور، فإن الدراسات التي يتم إجراؤها على وظيفة هذا البروتين في جسم الذباب، قد تعلم مبادئ عمل مماثلة تميز جسم الإنسان.
واستخدم علماء المعهد أساليب وراثية لإزالة الجين المسؤول عن إنتاج بروتين WIP من أجنة ذبابة الفاكهة المسمى "دروسوفيلا البحثية" (Drosophila). وبهذه الطريقة تمكنوا من إظهار أنه في الأجنة التي لا يتكون فيها بروتين WIP، لم يتم تكوين ألياف عضلية طبيعية. تعرفت الخلايا الأرومية العضلية على بعضها البعض والتصقت، لكن أغشيتها لم تندمج، ولم تشكل معًا البنية الموحدة متعددة النوى التي تشكل الألياف العضلية. يتم نشر هذه النتائج اليوم في المجلة العلمية Developmental Cell.
وساهم هذا البحث في فهم أفضل لعملية بناء العضلات، مما قد يساعد مستقبلاً على تطوير طرق متقدمة لشفاء العضلات عند الإنسان. قد تعتمد إحدى هذه الطرق على دمج الخلايا الجذعية مع ألياف العضلات التالفة أو المتدهورة.
يعد اندماج الأغشية خطوة أساسية في تكوين أنواع مختلفة من الخلايا العظمية وخلايا المشيمة وخلايا الجهاز المناعي، وكذلك في عمليات الإخصاب واختراق الفيروسات إلى الخلايا الحية. إن الفهم الأفضل لعملية الدمج قد يؤدي إلى تطوير طرق لتشجيع هذه العملية في الحالات التي يكون فيها ذلك مرغوبا فيه، وتأخيرها في الحالات التي قد تسبب ضررا.
