سيحصل البروفيسور يورام جرونر من معهد وايزمان للعلوم على جائزة روتشيلد في علوم الحياة يوم الخميس

سيتم منح جائزة روتشيلد في علوم الحياة يوم الخميس من هذا الأسبوع للبروفيسور يورام جرونر من معهد وايزمان للعلوم، لأبحاثه الأصلية واكتشافاته الرائدة في البيولوجيا الجزيئية لمتلازمة داون، إلى جانب أربعة علماء آخرين من مجالات العلوم الاجتماعية والرياضيات.

سيتم منح جائزة روتشيلد في علوم الحياة يوم الخميس من هذا الأسبوع للبروفيسور يورام جرونر من معهد وايزمان للعلوم، لأبحاثه الأصلية واكتشافاته الرائدة في البيولوجيا الجزيئية لمتلازمة داون، والتي أشارت إلى وجود صلة مباشرة بين الجينات الزائدة من الكروموسوم 21 وظهور الأعراض السريرية للمرض، وأثبتت نظرية الجرعة الجينية الزائدة أنها سبب لتطور متلازمة داون.

أما الجائزة في الهندسة فستمنح للبروفيسور د. ابراهام لامبل، من التخنيون. الجائزة في الزراعة للبروفيسور شالوم أبلباوم من الجامعة العبرية، والجائزة في العلوم الاجتماعية للبروفيسور آرييل روبنشتاين من جامعة تل أبيب، والجائزة في الرياضيات للبروفيسور ديفيد كاشدان من الجامعة العبرية.

وسيتم تسليم الجوائز بحضور ممثلين عن الحكومة الإسرائيلية وممثل عن عائلة روتشيلد.

البروفيسور يورام جرونر: متابعة الأساس الجزيئي لمتلازمة داون

في الأيام التي اتخذ فيها علم الوراثة خطواته الجزيئية الأولى، كان من السهل نسبيًا تبني مفهوم أن الجين المعيب يمكن أن يسبب اضطرابات في الوظيفة البيولوجية للجسم، وحتى المرض. ولكن ماذا يحدث عندما يكون هناك عدد كبير جدًا من النسخ الطبيعية لجين معين في الحمل الجيني؟ هل يمكن للزيادة في الجينات الطبيعية أن تسبب تأثيرات سلبية؟ لم تكن الإجابة على هذا السؤال واضحة، لأن وجود نسخ كثيرة جدًا من نفس الجين لا يؤدي بالضرورة إلى إنتاج كمية زائدة من البروتين المشفر في الجين. وفي النهاية، البروتينات هي اللاعب الحقيقي في مجال الخلايا الحية. الجينات "فقط" تشفر المعلومات اللازمة لبنائها. بالإضافة إلى عدم وضوح هذا السؤال، فقد واجه علماء الوراثة العديد من الأمثلة من عالم النباتات، حيث تعد النسخ المتعددة للجينات الطبيعية ظاهرة شائعة (ومهمة في التنمية)، ولا تسبب أي اضطرابات.

هذا هو السياق الذي جاء فيه العمل الرائد للبروفيسور يورام جرونر، الذي أسس قسم علم الوراثة الجزيئية في معهد وايزمان للعلوم (كدمج قسم علم الوراثة مع قسم علم الفيروسات)، والذي شغل فيما بعد منصب نائب ينبغي رؤية رئيس المعهد.

ما هي نظرية الجرعة الزائدة في الجينات والتي حصل البروفيسور جرونر على الجائزة المرموقة؟ لماذا كان من المهم إثباتها؟ ومتى تظهر ثلاث نسخ من الكروموسوم 21 في خلايا جسم الإنسان؟

في عام 1866، وصف الطبيب الإنجليزي جون لانغدون داون المرض الذي سمي فيما بعد باسمه - متلازمة داون. ومنذ حوالي 50 عاماً أصبح واضحاً أن الأمر يتعلق بظهور ثلاث نسخ من الكروموسوم 21 (بدلاً من النسختين الموجودتين في خلايا الإنسان الطبيعي). خلافا للاعتقاد السائد، فإن متلازمة داون هي مرض وراثي شائع إلى حد ما. على الرغم من الاستخدام الواسع النطاق لطرق التشخيص قبل الولادة، يعاني واحد من كل 800 طفل مولود في العالم الغربي من متلازمة داون. بالإضافة إلى التخلف الفكري النمائي، يعاني المرضى المصابون بهذا المرض من سلسلة من العيوب، يظهر بعضها في أمراض أخرى شائعة بين السكان العاديين. ومن بين أمور أخرى، هناك قصور في وظيفة العضلات، والسكري، وسرطان الدم، وارتفاع معدل الإصابة بمرض الزهايمر نسبيًا.

العلماء الذين سعوا إلى فهم كيف تسبب نسخة ثالثة إضافية من الكروموسوم 21 متلازمة داون، فحصوا احتمالين في هذا الشأن. تفترض إحدى النظريات، التي تسمى عدم الاستقرار النمائي، أن أعراض داون تنجم عن خلل في التوازن الفسيولوجي نتيجة لزيادة عدد الكروموسومات. يتوافق هذا المفهوم مع التشابه الكبير بين مرضى متلازمة داون ومع حقيقة أن معظم العيوب التي يعانون منها تظهر أيضًا في عامة السكان، على الرغم من أنها أقل تواتراً وخطورة. نظرية أخرى تسمى تأثير الجرعة الجينية تقترح أن كل عرض من الأعراض ناتج بشكل مباشر عن جرعة زائدة من جين واحد أو عدة جينات من الكروموسوم الإضافي، والذي يصاحبه زيادة في كمية البروتين التي ينتجها هذا الجين.

كان البروفيسور جرونر، بصفته عالم الأحياء الجزيئية، يميل إلى دعم نظرية "الجرعة الجينية الزائدة" ووضع لنفسه هدف إثباتها. لم تثبت النتائج التي توصل إليها النظرية فحسب، بل أرست أيضًا الأسس لدراسة الوراثة الجزيئية لمتلازمة داون. لقد وضع لنفسه تحديًا: عزل جين معين من الكروموسوم 21، وإثبات أن الجرعة الزائدة من ذلك الجين تسبب الأعراض المعروفة في متلازمة داون - وبهذه الطريقة يثبت صحة نظرية "الجرعة الزائدة من الجينات". وكان هذا النهج في ذلك الوقت (1979) جريئا ومبتكرا. كانت المعلومات المتعلقة بالجينات الموجودة على الكروموسوم 21 غير مكتملة للغاية، ولم تكن الاختبارات الجزيئية التي تسمح بمراقبة التعبير الجيني متاحة، وكانت تكنولوجيا استنساخ الجينات في مهدها. كما هو الحال في العديد من الحالات الأخرى، في هذه الحالة أيضًا، من أجل الوصول إلى مجالات جديدة من المعرفة، كان على العلماء أن يخترعوا عجلات جديدة. أظهرت نتائج الاختبار أنه يوجد في دم المصابين بمتلازمة داون كمية كبيرة نسبياً من إنزيم يسمى SOD1. ولكن هل الجين الذي يشفر SOD1 موجود على الكروموسوم 21؟ وإذا كان الأمر كذلك، ما هو دور SOD1 في المرض؟ هل يرتبط فائض هذا الإنزيم بطريقة أو بأخرى بالأعراض الفريدة للمتلازمة؟ إن أسئلة من هذا النوع، والتي تُطرح الآن بشكل روتيني في العديد من الدراسات في مجال علم الوراثة، كانت آنذاك، في أوائل الثمانينيات، بعيدة عن متناول العلم تقريبًا.

لكن البروفيسور جرونر وأعضاء مجموعته البحثية لم يستسلموا. انطلقوا في رحلة صيد للجين "المشبوه" الذي كانوا يأملون من خلاله إثبات نظرية "الجرعة الزائدة من الجينات". وأسفرت رحلة الصيد عن استنساخ الجين الأول من الكروموسوم 21 وتحديد تسلسله الأساسي، وكانت علامة فارقة مهمة على طريق تحقيق الهدف. ولكن هل الجينات التي تنتج كمية زائدة من SOD1 تلعب حقًا دورًا في التسبب في عيوب متلازمة داون؟

في الخطوة الأولى، قام أعضاء مجموعة البروفيسور جرونر بإنشاء خلايا معدلة وراثيا تحتوي على عدة نسخ من الجين التي تحتوي على كمية زائدة من SOD1، على غرار الخلايا من مرضى متلازمة داون. أظهرت هذه الخلايا المعدلة وراثيا خصائص فسيولوجية غير طبيعية نتيجة لتكوين كمية زائدة من بيروكسيد الهيدروجين وهو منتج تفاعل SOD1. ومن العيوب التي نتجت عن ذلك حدوث ضرر في عملية امتصاص الوسائط العصبية (النواقل العصبية) التي يتم امتصاصها وتخزينها عادة داخل الخلية. وفي وقت لاحق، تمكن البروفيسور غرونر وأعضاء مجموعته من فك شفرة الآلية الجزيئية المسببة للخلل، وأظهروا أن مركز الضرر هو مضخة خاصة وظيفتها ضخ الناقلات العصبية إلى داخل الخلية. قدم هذا الاكتشاف تفسيرًا ميكانيكيًا جزيئيًا لكيفية تسبب الجرعة الجينية الزائدة لجين من الكروموسوم 21 في حدوث خلل مهم من الناحية الفسيولوجية في وظيفة الخلية.

لكن ما العلاقة بين هذه الإصابة في عملية ضخ النواقل العصبية وأعراض متلازمة داون؟ للإجابة على هذا السؤال، انطلق البروفيسور جرونر وأعضاء مجموعته في مغامرة رائدة أخرى. قاموا بإدخال الجين الذي يشفر SOD1 في الفئران وأنشأوا لأول مرة نموذج فأر معدل وراثيًا بجين من الكروموسوم 21. هذه الفئران، التي حملت جينات SOD1 بشكل زائد وأنتجت كميات كبيرة من SOD1، احتوت في دمها على مستوى منخفض جدًا من جينات SODXNUMX. الناقل العصبي السيروتونين – وهو مشابه لما يوجد عند الأطفال المصابين بمتلازمة داون. أثبتت هذه النتيجة عمليا نظرية "الجرعة الجينية الزائدة" باعتبارها الآلية التي تسبب متلازمة داون.

ولكن كيف يؤدي زيادة SOD1 بالضبط إلى انخفاض السيروتونين في الدم؟ في وقت لاحق من الدراسة، تم اكتشاف أنه، على غرار النتائج التي توصلت إليها الخلايا المعدلة وراثيا، في الفئران أيضا، فإن زيادة SOD1 تسبب زيادة في بيروكسيد الهيدروجين، مما يؤدي إلى إتلاف المضخة الخاصة التي تسحب السيروتونين من الدم إلى خلايا الصفائح الدموية، حيث يتم من المفترض أن تتراكم. يؤدي فشل آلية الضخ هذه إلى بقاء السيروتونين في مجرى الدم وتحلله. ونتيجة لذلك، يتم إنشاء مستوى منخفض من السيروتونين في الصفائح الدموية ولاحقًا أيضًا في دماغ الفئران المعدلة وراثيًا، على غرار الوضع الموجود لدى الأشخاص المصابين بمتلازمة داون (تحدث ظاهرة مماثلة في مرض السكري، حيث، نتيجة ل نقص الأنسولين، أو فشل فعاليته، فإن السكر المذاب في الدم لا يتغلغل إلى الخلايا حيث الحاجة إليه، بل يبقى في مجرى الدم ويسبب آثاراً سلبية).

وهكذا اكتملت دورة كلاسيكية من البحث العلمي، تبدأ بفرضية تحاول تفسير ظاهرة بيولوجية على مستوى الكائن الحي بأكمله، وتستمر في تحديد السبب الجزيئي للظاهرة، وعزله، وإعادة خلق الظاهرة بشكل استباقي باستخدام العامل المحدد، وأخيرا فك آلية العمل التي يمارس فيها العامل عمله - وإثبات الفرضية.

نبذة عن جائزة روتشيلد:

جائزة روتشيلد تُمنح منذ عام 1959 للباحثين المتميزين في مجالات مختلفة، والغرض منها هو مساعدة وتشجيع وتعزيز العلوم والثقافة في إسرائيل.
وهذه هي السنة الخمسين التي يتم فيها منح الجائزة من قبل عائلة روتشيلد، وهذا العام تم اختيار المكتبة الوطنية لاستضافة الحفل. وذلك تقديرًا لدور مكتبة إسرائيل الوطنية في جمع وحفظ وتوزيع وتوريث وتعزيز البحث في التراث الثقافي والتاريخي للشعب والدولة.
المكتبة الوطنية، التي هي في طور التجديد، كانت بمثابة مركز للباحثين من إسرائيل والعالم لأكثر من قرن.
ومع قرار الحكومة بتجديده، ستبدأ عمليات الوصول إلى المادة الوفيرة القادمة ورقمنتها، لتكون كنوز المخطوطات والكتب في متناول كل من يرغب في الاطلاع عليها.

وقال رئيس المكتبة الوطنية، ديفيد بلومبرج: "في هذا العام، عندما تبدأ المكتبة على طريق جديد، يسعدني وفخور باستضافة الحائزين على جائزة روتشيلد، الذين يعدون مثالاً للنشاط البحثي النشط، وليس -التوقف عن الابتكار والروح الحقيقية لشغف المعرفة. أهنئ الفائزين، وأشكر عائلة روتشيلد والمحسن على منح المكتبة شرف الاستضافة، وأؤمن أنه لا يوجد شيء مثل المكتبة الوطنية لاستضافة محبي المعرفة والحكمة.