رؤى جديدة في آلية انقسام الخلايا

أثبت الباحثون، باستخدام طريقة جديدة يتم فيها بناء نماذج الخلايا البدائية من الأسفل إلى الأعلى، أن هياكل غشاء الخلية والسيتوبلازم قد تكون مهمة لانقسام الخلايا بنفس أهمية المكونات المتخصصة، مثل الإنزيمات أو الحمض النووي أو الحمض النووي الريبي.

طور باحثون من قسم الكيمياء في جامعة ولاية بنسلفانيا نماذج بسيطة غير حية للخلايا، اكتشفوا بمساعدتها أن الانقسام غير المتماثل - العملية التي تنقسم فيها الخلية وتصبح خليتين ابنتيتين منفصلتين - ممكن حتى في الخلايا الحية. غياب وجود مكونات معقدة مثل الجينات. الدراسة نشرت في المجلة العلمية مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكيةقد يوفر أدلة مهمة حول أصل الحياة من مكونات غير حية وغير حية، وللآلية التي أصبحت بها الخلايا الحديثة تتصرف بشكل معقد مع مرور الوقت.

يقول الباحث إن العملية التي تنقسم بها الخلايا البيولوجية إلى خلايا ابنة غير متماثلة ذات تركيبات مختلفة تمامًا غير معروفة تمامًا. إن تمايز الخلايا - العملية التي تتحول من خلالها الخلايا غير المتخصصة، مثل الخلايا الجذعية، إلى خلايا متخصصة - يتطلب التعرف على المكونات البيولوجية المختلفة بواسطة كل خلية من الخلايا الوليدة. لكي يتم إنجاز هذه المهمة المعقدة، يجب أن تقوم عدة آليات مهمة بتوجيه كل من التعرف على المكونات الخلوية والحفاظ على القطبية (قدرة الخلية على إظهار جوانب خلفية وأمامية مختلفة في خصائصها). "تؤثر العديد من الجينات على الحفاظ على قطبية الخلية وتعزيز الانقسام إلى خلايا ابنة غير متطابقة. ويوضح الباحث: "بفضل التغيرات في التعبير عن هذه الجينات، تصبح خلية الجلد خلية جلدية وخلية القلب تصبح خلية قلب". "ومع ذلك، اتخذ بحثنا نهجا مختلفا. سألنا أنفسنا: بالإضافة إلى العوامل الوراثية التي توجه الانقسام الخلوي غير المتماثل ووجود القطبية، ما هي العوامل البنيوية والفيزيائية الحيوية التي قد تشارك أيضًا في هذه الآلية، وكيف عززت هذه العوامل تطور الأنظمة الجينية المعقدة التي موجودة في الخلايا المعاصرة؟"

بدأ الفريق بحثه بافتراض أنه بما أن الخلايا الوليدة الجديدة يتم الحصول عليها من انقسام الخلايا الأم الموجودة، فيمكن استخدام مادة أصلية معينة - مثل غشاء الخلية - كنوع من وحدة المعلومات. يمكن لهذه الوحدة بدء وتوجيه سلسلة من الأحداث الكيميائية المرتبطة بالانقسام المنظم للخلايا وصيانة القطبية. ومن أجل اختبار هذه الفرضية، قام الباحثون ببناء خلايا نموذجية من الأسفل إلى الأعلى، مما يسمح للماء والدهون والبوليمرات بالتجمع معًا في هياكل تحاكي المكونات الأساسية للخلايا الحية الحقيقية، مثل أغشية الخلايا والسيتوبلازم. وفي الخطوة التالية، قاموا بتغيير الضغط الأسموزي خارج هذه الخلايا عن طريق إضافة السكر، وهو التغيير الذي أجبرها على الانقسام بطريقة تذكرنا بكيفية انقسام الخلايا البيولوجية الحية في الظروف الطبيعية.

يوضح الباحث الرئيسي: «لقد رأينا أنه حتى الخلايا النموذجية يمكنها الانقسام بطريقة منظمة، وهي نتيجة تشير إلى نوع من النظام الداخلي». تشرح وتقول إنه، على غرار الخلية البيولوجية، تم تصميم الخلية الأم للنموذج لإظهار عدم التماثل في كل من غشاء الخلية ومحتوياتها الخلوية. تمت نمذجة عدم تناسق الغشاء من خلال استخدام شطرين دهنيين متميزين، بينما تمت نمذجة المحتوى الخلوي من خلال استخدام نوعين متميزين من البوليمرات المعروفة باسم البولي إيثيلين جلايكول والدكستران. اكتشف الباحثون أنه عندما انقسمت الخلية الأم في النموذج، "ورثت" إحدى الخلايا الوليدة نوعًا واحدًا من الدهون المحيطة بالمحتوى الغني بالبولي إيثيلين جلايكول، و"ورثت" الخلية الوليدة الأخرى النوع الآخر من الدهون المحيطة بالمحتوى الغني بالديكستران. . "والأهم من ذلك أننا وجدنا أيضًا أنه عندما قمنا بتغيير الحجم النسبي لجزئي الدهون، "ورثت" إحدى الخلايا الابنة كلا النوعين من الأغشية، بينما "ورثت" الخلية الابنة الأخرى نوعًا واحدًا فقط"، كما يشير الباحث.

ولاحظ الباحثون أن طريقة النمذجة المبتكرة تشير على ما يبدو إلى أن التفاعلات الكيميائية والفيزيائية البسيطة التي تحدث داخل الخلايا - مثل التجميع الذاتي، وفصل الطور، والانقسام إلى مكونين، قد تؤدي إلى سلوكيات معقدة نسبيا - مثل الانقسام غير المتماثل - حتى عند عدم وجود آلية خلوية إضافية.

يوضح الباحث: "نظرًا لأننا لم نضيف أحماضًا نووية (DNA/RNA) أو إنزيمات إلى الخليط، فمن الواضح أنه لم تكن هناك جينات تتحكم في سلوك الخلايا". "لذا فإن دراستنا تدعم الفرضية القائلة بأن الإشارات الهيكلية والمتسلسلة تعمل بالتنسيق مع الإشارات الجينية للحصول على قطبية الخلية والحفاظ عليها من خلال دورات الانقسام المتعاقبة."

ويشير الباحثون إلى أن التجارب على الخلايا النموذجية غير الحية التي لا تحتوي على الحمض النووي على الإطلاق، يمكن أن تساعد وتشير إلى أدلة تشرح العملية الغامضة للتكوين التلقائي، وهي تكوين كائن حي من مادة غير حية، وهو حدث وقع مرة واحدة على الأقل. خلال تاريخ الأرض . يوضح الباحث الرئيسي: "تمكن العلماء من تقليد الظروف التي كانت موجودة على الأرض قبل ظهور الحياة في المختبرات، وأظهروا أن العديد من الأحماض الأمينية - اللبنات الأساسية للبروتينات البيوكيميائية - يمكن إنتاجها من التفاعلات الكيميائية الطبيعية".

"نأمل أن يساعد بحثنا في إكمال جزء آخر من اللغز: كيف يمكن للتنظيم الكيميائي والمكاني أن يساهم في نجاح تطور أشكال الحياة القديمة على الأرض."

أخبار الدراسة

رابط لمصدر الصورة