كيف يمكن تحديد نقاط الاتصال الصغيرة بين عضيات الخلية؟
لا يوجد إنسان جزيرة، فهو يتصرف بمحض إرادته؛ "كل إنسان هو قطعة أرض، جزء من أرض عظيمة"، كتب الشاعر الإنجليزي جون دان في القرن السابع عشر (الترجمة العبرية: رامي ديتزني). وبالمثل، فإن العضيات - وهي الهياكل البيولوجية التي تشكل الخلية الحية - ليست جزرًا منفصلة تبحر في سائل الخلية، كل منها لنفسه. بمساعدة طريقة فريدة، كشف علماء معهد وايزمان للعلوم عن نقاط اتصال ونقاط انطلاق جديدة بين عضيات الخلية المرتبطة ببعضها البعض عن طريق "شرائط" صغيرة. نتائج الدراسة تم نشرها مؤخرا في المجلة العلمية Nature Communications.
العضيات هي أجزاء متميزة من الخلية، كل منها محاط بغشاء، ولكل منها دور فريد: تحتوي النواة على مادتنا الوراثية، والميتوكوندريا تحول الطاقة، والشبكة داخل البلازمية تقوم بفرز البروتينات المعدة للإفراز، وتتفكك الليزوزومات أسفل البروتينات، وما إلى ذلك. وفي دراسة سابقة، اكتشفت البروفيسورة مايا شولدينر، من قسم الوراثة الجزيئية، عدة نقاط اتصال بين العضيات. ومع ذلك، نظرًا لأبعادها الصغيرة - التي يبلغ طولها بضع عشرات من النانومترات فقط - فإن نقاط الاتصال غير مرئية في الصور المجهرية العادية، وبالتالي يصعب تحديد موقع جميع النقاط التي يُفترض وجودها.
قرر البروفيسور شولدينر، بالتعاون مع عالمة الكلية الدكتورة عينات سالزكبير، وطالب البحث نداف شاي، اتباع نهج جديد لتحديد نقاط الاتصال، باستخدام البروتين الفلوري. وقام العلماء بتغليف إحدى العضيات الموجودة في الخلية بنصف البروتين، وربطوا النصف الآخر بعضيات أخرى في الخلية. عندما يتلامس غشائيان من العضيات مع بعضهما البعض، يشكل النصفان بروتينًا واحدًا كاملاً - وتوهجًا يمكن رؤيته تحت المجهر الفلوري العادي. وبما أن خلايا الخميرة تنمو في مختبر البروفيسور شولدينر في آلاف "الباريا"، ويتم فحصها تلقائيًا تحت المجهر، فقد أتاحت هذه الطريقة ليس فقط تحديد نقاط الاتصال بين العديد من العضيات المختلفة، ولكن أيضًا مسح جميع البروتينات. في الخميرة في محاولة لتحديد "نطاقات" التوصيل المحتملة.
"إذا كنا نعتقد حتى سنوات قليلة مضت أن العضيات تطفو في "حساء" الخلية، أثناء جمع الرسائل العائمة في هذا "الحساء"، فإننا نعلم الآن أن كل عضية لها موقعها الخاص في الخلية، وهذا الموضع محدد بواسطة شبكة من "النطاقات" التي تخدم أيضًا وسيلة مباشرة لتمرير المواد من خلال الاتصال الجسدي"
وبهذه الطريقة، تمكن الباحثون من رسم خريطة للروابط الجسدية بين العديد من الأعضاء الرئيسية، والعثور على أربع نقاط اتصال جديدة تمامًا. يقول شاي: "لقد وجدنا أن جميع العضيات التي وضعنا عليها علامات قادرة على الحفاظ على اتصالات مع جميع العضيات الأخرى". "إن العصابات التي تربط العضيات تنظم الخلية وتعين موقعًا للعضيات المختلفة. على سبيل المثال، من الطبيعي أن يتم ربط عضيتين تحتاجان إلى العمل معًا بشكل وثيق معًا في منطقة معينة من الخلية. علاوة على ذلك، يبدو أن الاتصال باستخدام الأربطة وسيلة فعالة للانتقال من عضو إلى آخر مواد أو رسائل يمكن أن تكون ضارة إذا وصلت إلى المكان الخطأ.
وفي وقت لاحق، قرر فريق البحث فحص نقطة اتصال محددة، تلك التي تربط عضية البيروكسيسوم بالميتوكوندريا. يقوم البيروكسيسوم بتكسير الدهون لاستخدامها كمواد خام لتحويل الطاقة في الميتوكوندريا ولإزالة الدهون السامة من الخلية. على سبيل المثال، يمكن أن تكون الدهون التي تشكل طبقة المايلين على الخلايا العصبية سامة إذا كانت هناك كميات كبيرة منها. وهكذا، إذا لم يعمل البيروكسيسوم بشكل صحيح في الخلايا التي تنتج الطبقة الواقية، فقد يتسبب ذلك في تلف الأعصاب الشديد، وفي كثير من الأحيان حتى وفاة المريض. بشكل عام، "الأمراض البيروكسيسومية" - مثل X-ALD الموصوفة في فيلم "Lorenzo's Fat" - هي أمراض وراثية لها عواقب مدمرة.
يتم نقل معظم الدهون المتحللة مباشرة إلى الميتوكوندريا. ومن ثم، يحتاج البيروكسيسوم إلى وسيلة فعالة للاتصال بمحول الطاقة في الخلية. تمكنت مجموعة البحث من تحديد جينتين تنتجان "الشرائط" التي تربط الميتوكوندريا بالبيروكسيسوم. وبمساعدة فريق من الخبراء في أمراض البيروكسيسومال من المركز الطبي بجامعة أمستردام بهولندا، حددت المجموعة وظيفة نقطة الاتصال: نقل منتجات تحلل الدهون إلى الميتوكوندريا لاستخدامها. ومن ثم، فقد تبين من البحث أن بعض أمراض البيروكسيسوم هي في الواقع اضطرابات في الاتصال، أي حالة يكون فيها البيروكسيسوم غير قادر على نقل منتجات تحلل الدهون إلى وجهتها.
يوضح الدكتور سالزكابر: «عندما يتعلق الأمر بالوظائف الأساسية، فإن خلايا الخميرة تكاد تكون متطابقة مع خلايانا. لذا فمن المحتمل أن تكون الوصلات والامتدادات التي رأيناها في خلايا شيمر موجودة هنا أيضًا. ميزة أخرى هي أن الخميرة سهلة النمو للغاية، ولديها عدد أقل من الجينات، وهناك الكثير من الأبحاث المكثفة فيما يتعلق بها. وبعد أن نحدد دور البروتينات في خلايا الخميرة، نعرف أين نبحث عنها في الخلايا البشرية". ويضيف شاي: "لقد تبنت العديد من المختبرات طريقتنا بالفعل لاكتشاف اتصالات جديدة داخل الخلايا. وبما أن هذه الطريقة تعتمد على أدوات موجودة في معظم المختبرات، وفي ضوء أنها صالحة أيضًا للخلايا البشرية، فإننا نعتقد أنها ستكون مفيدة جدًا للباحثين في علم الوراثة وبيولوجيا الخلية.
يقول الدكتور سالزكابر: "إن اكتشاف مواقع الارتباط داخل الخلية في السنوات الأخيرة قد فتح أعيننا". "إذا كنا نعتقد حتى سنوات قليلة مضت أن العضيات تطفو في "حساء" الخلية، أثناء جمع الرسائل العائمة في هذا "الحساء"، فإننا نعلم الآن أن كل عضية لها موقعها الخاص في الخلية، وهذا الموضع محدد من خلال شبكة من "النطاقات" التي تخدم أيضًا وسيلة مباشرة لتمرير المواد من خلال الاتصال الجسدي". ويضيف البروفيسور شولدينر: "إن فهم تنظيم عضيات الخلية وعلاقاتها المتبادلة قد أحدث ثورة في مجال بيولوجيا الخلية. ونعتقد أن الطريقة الجديدة التي طورناها للكشف عن نقاط الاتصال بين الأعضاء ستقود العلماء في السنوات القادمة إلى مسارات جديدة ومثيرة للاهتمام.
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
תגובה אחת
هل "العصابات" ميكروتوبولين؟ إذا لم يكن الأمر كذلك، ما هي مصنوعة من؟
هذا الأخير يقترب أكثر فأكثر بمساعدة عدم استقرار (انفصال) الألياف؟