ضاع الحزن

ويبحث علماء المعهد عن الجينات المسؤولة عن نمو الدماغ

أثناء عملية نمو الجنين في الرحم، تصبح كتلة الخلايا المتعددة حيوانًا كاملاً وفعالًا. أحد الجوانب الرائعة لهذه العملية يحدث في الدماغ: يتم إنشاء مليارات الخلايا، وتهاجر إلى موقعها المحدد، وترسل امتدادات تربطها بالخلايا الأخرى، وفي النهاية يتم إنشاء آلة القيادة والتحكم التي تسمح لنا بتحريك أجسامنا. الأعضاء، ترى، تفكر، وتشعر. إن هجرة الخلايا العصبية من مركز الدماغ إلى الخارج هي المسؤولة عن البنية الطبقية للقشرة الدماغية، وقدرة الإشارات العصبية على الحركة بين الطبقات المختلفة، وبينها وبين الهياكل الموجودة في الأعماق. من الدماغ. أثناء الهجرة، تنضج الخلايا وتخضع لتغيرات داخلية وخارجية: تأخذ الخلية العصبية "متعددة الأضلاع" (متعددة الأقطاب) شكلًا ممدودًا وغير متماثل (ثنائي القطب)، مع اتجاه محدد وامتدادات مميزة.

يعد تغيير الشكل جزءًا أساسيًا من العديد من الأحداث المتعلقة بتطور الجهاز العصبي المركزي. أصبحت الهجرة والتغيرات التي تحدث خلالها ممكنة بفضل سلسلة طويلة من الوسائل المساعدة - بدءًا من الخلايا الخاصة التي تشكل "قضبانًا" تتحرك عليها الخلايا العصبية، إلى الآليات داخل الخلايا التي يكون هدفها سحب الخلية - و وخاصة النواة الثقيلة - أثناء الهجرة. ولهذا الغرض، تحدث تغييرات في البروتينات التي تشكل الهيكل العظمي داخل الخلايا، والتي تدعم بنية الخلية: يتم استبدال البنية الصلبة والمستقرة بهيكل عظمي مرن وديناميكي يسمح بالحركة. ويتم التحكم في كل هذه العمليات عن طريق الجينات، التي تتحكم بدقة في توقيت ومكان الأحداث المختلفة. وقد يؤدي الخلل في آليات التحكم إلى الإصابة بأمراض مثل الفصام، وأمراض الدماغ التنكسية، و"الدماغ الذي يتميز بخلوه من التجاعيد والطيات، ويتسبب في تخلف شديد والوفاة في سن مبكرة".

يبحث البروفيسور أورلي راينر، من قسم الوراثة الجزيئية في معهد وايزمان للعلوم، عن الجينات المسؤولة عن نمو الدماغ. بحثها عن مرشحين مناسبين دفعها مؤخرًا إلى التركيز على الجين Par1، الذي يشفر المعلومات اللازمة لبناء إنزيم يلعب دورًا في تحديد اتجاه الخلايا العصبية، وينظم أيضًا التغيرات في تصلب الهيكل العظمي للخلايا العصبية. هذه الخلايا (فهي تسبب انفصال البروتينات المرتبطة بالهيكل العظمي، ونتيجة لذلك تزيد مرونته). أثار تورط الإنزيم Par1 في هذه الأحداث الشكوك حول أنه يتحكم بشكل فعال في هجرة الخلايا العصبية أثناء التطور الجنيني. أظهرت دراسة نُشرت نتائجها مؤخرًا في المجلة العلمية Journal of Neuroscience، أن الإنزيم يلعب بالفعل دورًا مركزيًا في السيطرة على الهجرة، وأن وجود كمية مناسبة منه يعد أمرًا بالغ الأهمية - سواء إن فائض Par1 ونقصه يضران بنمو الدماغ - وإن كان ذلك بطرق مختلفة.

في المرحلة الأولى من البحث، التي أجرتها الدكتورة تمار سابير مع طلاب البحث سيفان سبوزنيك ودانيت فينكلستين وعنات شموئيلي وفنية المختبر تاليا ليفي، طلب الباحثون فحص ما يحدث عندما يتم منع نشاط Par1 في البلدان النامية. دماغ الجنين. ولهذا الغرض، استخدموا طريقة طورها الدكتور سابير: حيث قاموا بحقن جزيئات الحمض النووي الريبي القصيرة (siRNA) في القشرة الدماغية لأجنة الفئران. بعد ذلك، يتم تمرير تيار كهربائي يسمح باختراق الجزيئات إلى الخلايا العصبية المجاورة للفضاء. ترتبط جزيئات الحمض النووي الريبي (RNA) بجين Par1 وتتداخل مع عملية ترجمته إلى بروتين نشط. في الواقع، يمنعون نشاطه. وبالإضافة إلى ذلك، يتم حقن الجين الذي ينتج مادة فلورية، مما يجعل من الممكن التعرف على الخلايا التي تم امتصاص الجزيئات فيها، وتتبع حركتها. تتم العملية في اليوم الرابع عشر من الحمل، عندما تصل الهجرة إلى ذروتها. وبعد أربعة أيام، يستمر خلالها نمو الجنين بشكل طبيعي في الرحم، يتم فحص أدمغة الفئران.

اكتشف الباحثون أن تلف الجين Par1 يمنع هجرة الخلايا العصبية: في حين وصلت الخلايا المميزة في الفئران الضابطة إلى الطبقة الخارجية من القشرة الدماغية، في الفئران التي تم إسكات الجين فيها، "علقت" الخلايا العصبية في منتصف الطريق. حدث توقف الخلايا في مكان محدد - حيث تحدث تغييرات في بنية الخلايا العصبية، وتكتسب اتجاهها. وفي وقت لاحق، حاول الباحثون استعادة الخلايا العصبية القدرة على الهجرة عن طريق إدخال الجين Par1 باستخدام أساليب الهندسة الوراثية. لقد نجح إدخال الجين في إنقاذ الخلايا العصبية العالقة، ولكن فقط عندما تم إعطاؤه بجرعة محددة، حيث تسببت التركيزات الكبيرة جدًا في تكوين خلايا مستديرة، بدون امتدادات، وهي سمة من سمات الخلايا العصبية.

وفي سلسلة أخرى من التجارب، اختبر الباحثون مدى تأثير Par1 على القدرة على الهجرة. وتبين أن تلف الجين يزيد من استقرار وصلابة الهيكل العظمي داخل الخلايا، مما يجعل من الصعب على الخلية التحرك. بالإضافة إلى ذلك، يتم انتهاك حركة الجسيم المركزي - وهو الهيكل الذي يعد جزءًا من الهيكل العظمي داخل الخلايا، والذي يتمثل دوره في "سحب" الخلية المهاجرة باستمرار إلى الأمام. ويبدو أنه نتيجة لتلف جين Par1، أصبحت حركة الجسيم المركزي بطيئة، وتفتقر إلى اتجاه محدد.

يقول البروفيسور راينر: "إن الهجرة والتغيير الهيكلي عمليتان متشابكتان". "تشير النتائج التي توصلنا إليها إلى أن Par1 هو الرابط بين العمليتين. وهو يفعل ذلك من خلال التحكم المزدوج - في اتجاه الخلية، وفي ديناميكيات الهيكل العظمي داخل الخلايا." ويأمل البروفيسور راينر أن يساعد الفهم الشامل للعوامل التي تنظم هجرة الخلايا العصبية، والأحداث المصاحبة لها، في المستقبل على التعامل مع الأمراض الناجمة عن التنظيم غير السليم لبنية الدماغ. وستكون مثل هذه المعلومات ضرورية، من بين أمور أخرى، لتطوير طرق الشفاء المستقبلية القائمة على حقن الخلايا العصبية السليمة في دماغ المريض، وتوجيه الخلايا بدقة إلى المنطقة المتضررة.