كيف تقيس الخلايا حجمها؟ هذا السؤال له أهمية خاصة عندما يتعلق الأمر بخلية كبيرة، مثل الخلية العصبية في الجهاز العصبي المحيطي، والتي تخلق امتدادات - محاور عصبية - يمكن أن يصل طولها إلى متر واحد عند الإنسان، أي 20,000 ألف ضعف عرض المتوسط. خلية
كيف تقيس الخلايا حجمها؟ ولهذا السؤال أهمية خاصة عندما يتعلق الأمر بخلية كبيرة، مثل الخلية العصبية في الجهاز العصبي المحيطي، التي تخلق امتدادات - محاور عصبية - يمكن أن يصل طولها إلى متر واحد عند الإنسان، أي 20,000 ألف ضعف عرض الخلية المتوسطة. . يحتاج الفرع النامي إلى إمدادات مستمرة من مواد البناء. وبدون معلومات أساسية عن المسافة التي سيتم قطعها، فإن نقل المواد إلى نهاية الامتداد قد يتحول إلى كابوس لوجستي، مما يسبب اختناقات مرورية في خطوط الإمداد. ومن المرجح أن مثل هذه الخلايا الطويلة تقيس حجمها بشكل مستمر لإدارة عملية النمو، لكن حتى الآن لم يعرف العلماء بالضبط كيف تفعل ذلك.
الدكتورة إيدا ريشيل والبروفيسور مايك فينزيلفر من قسم الكيمياء البيولوجية في المعهد، مع زملائهم، قدموا مؤخرًا الإجابة عن الخلايا الكبيرة - مثل الخلايا العصبية. قد تؤدي هذه النتائج أيضًا إلى تعزيز قدرتنا على تسريع عملية تعافي الخلايا العصبية التالفة.
البروفيسور فاينزلبر والدكتور ريشيل، مع الدكتور نعمان كام وروتيم بن طوف بيري من قسم الكيمياء البيولوجية، والدكتورة فيرا شيندر من قسم البنى التحتية للبحوث الكيميائية، والبروفيسور إليزابيث فيشر من جامعة كوليدج لندن، والبروفيسور ورأى جيامبيترو شيافو من معهد أبحاث السرطان في لندن أن حل السؤال قد يكمن في "نظام النقل" الذي يعبر الخلية العصبية بطولها بالكامل، ويحمل الإشارات والشحنات على طول الخلية. يشتمل النظام على "سكة" مصنوعة من أنابيب صغيرة، ونوعين من المحركات التي تتحرك على طولها: نوع واحد، كينيسين، يتحرك حصرا من مركز الخلية إلى نهاية المحور العصبي، بينما النوع الآخر، داينين، يتحرك في الاتجاه المعاكس، من نهاية المحور العصبي إلى مركز الخلية. هل تستخدم الخلية الإشارات المحمولة على هذه المحركات لقياس طولها؟
في الخطوة الأولى، أنشأ العلماء نماذج حاسوبية، تصف الآليات المحتملة التي يمكن من خلالها للمحركات الخلوية قياس المسافة التي تقطعها. وفقًا لأحد النماذج، فإن محركات الداينين، التي تتحرك نحو مركز الخلية، تطلق تدريجيًا إشارات مثل نثر فتات الخبز على طول المسار على مسافات ثابتة. إن كمية الإشارات المتبقية في حوزتهم في نهاية الطريق ستمكنهم من معرفة المسافة التي قطعوها. وفقًا لهذا النموذج، فإن تقليل عدد محركات الداينين سيؤدي إلى انخفاض عدد الإشارات المتبقية في نهاية المسار، مما يتسبب في المبالغة في تقدير طول الخلية. ونتيجة لذلك، فإن معدل نمو الفروع سوف يتباطأ، وفي نهاية عملية النمو ستكون أقصر.
يعتمد النموذج الثاني على حلقة التغذية المرتدة بين نوعي المحركات. وعندما تصل الإشارة المرسلة من أحد المحركات إلى نهاية الخط، فإنها تنشط إشارة أخرى يرسلها المحرك الآخر، مما يؤخر تسليم الإشارة الأصلية عند وصولها، والعياذ بالله. في هذه الحالة، يعتمد قياس الطول على التوقيت، أو بشكل أكثر دقة، على تردد استقبال الإشارة عند نقاط النهاية. يمكنك محاكاة آلية لعبة بينج بونج: عند اللعب على مساحة صغيرة، قريبة من الشبكة، ستكون الضربات أسرع. على العكس من ذلك، فإن اللعب من حواف الطاولة سيؤدي إلى فترات راحة أطول بين ضربة المضرب وأخرى. على عكس النموذج الأول، في هذه الحالة، فإن تقليل كمية أحد المحركات سيؤدي في الواقع إلى نمو أسرع وإنشاء امتدادات أطول، لأن تردد الإشارات سينخفض بمعدل أبطأ.
وفي المرحلة الثانية، أجرى العلماء تجارب، أولاً في مزارع الخلايا ثم على الفئران، حيث قاموا بتقليل كمية الداينين. وفي كلتا الحالتين، نمت الامتدادات إلى طول أكبر من المعتاد، مما ينفي صحة النموذج الأول، ويعزز صحة النموذج الثاني.
في الخطوة الأخيرة، أراد العلماء التحقق مما إذا كانت الآلية فريدة للخلايا العصبية، أو إذا كانت الخلايا الكبيرة الأخرى تستخدم طرقًا مماثلة لقياس حجمها، وكرروا التجربة مع خلايا النسيج الضام - التي تسمى الخلايا الليفية. وفي هذه الحالة أيضًا، وجد العلماء دليلاً على استخدام نفس الآلية، بناءً على تردد الإشارات.
ولا تقدم هذه النتائج تفسيرا محتملا للغز طويل الأمد فحسب، وهو كيفية تقدير حجم الخلايا الكبيرة لحجمها، ولكنها مهمة أيضا للأبحاث المتعلقة بتجديد الخلايا العصبية. الخلايا العصبية التي تنتمي إلى الجهاز العصبي المحيطي قادرة بالفعل على إعادة النمو بعد الإصابة، لكن هذه عملية بطيئة للغاية، وفي بعض الأحيان يستغرق الأمر سنوات حتى تعود إلى حجمها الأصلي. جزء من السبب في ذلك هو أنه بمجرد وصول الخلية العصبية إلى وجهتها - وهو ما يحدث عادة أثناء التطور الجنيني - فإنها تتوقف عن النمو والاستطالة من الطرف، وبدلاً من ذلك تنمو عن طريق التمدد على طولها بالكامل. إن فهم الإشارات الدقيقة التي تستخدمها الخلية ليس فقط لقياس نفسها، ولكن أيضًا لتوجيه نموها وفقًا لذلك، قد يشير إلى اتجاهات جديدة لتسريع عملية تجديد الخلايا العصبية.
