بين الخميرة والناس

هل يمكن للخميرة - وهي كائنات دقيقة وحيدة الخلية - أن تعلمنا عن مرض عصبي يهاجم الإنسان؟

البروفيسور جيفري غيرست وراشيل كاما. طرق النقل
هل يمكن للخميرة - وهي كائنات دقيقة وحيدة الخلية - أن تعلمنا عن مرض عصبي يهاجم الإنسان؟ اتضح أنه على الرغم من مليارات السنين من التطور التي تفصلنا عن الخميرة، إلا أن هناك عددًا لا بأس به من الوظائف الخلوية الأساسية التي تعمل بطريقة مماثلة في خلايا الخميرة والخلايا البشرية. إليكم سبب آخر للتواضع، تلك الخاصية المفقودة والنادرة جدًا التي يمكن أن تؤدي إلى تصحيح العالم. وقد أظهر البروفيسور جيفري جيرست، من قسم علم الوراثة الجزيئية في معهد وايزمان للعلوم، مؤخرًا أنه يمكن استخدام خلايا الخميرة كنموذج موثوق لدراسة مرض نادر يهاجم البشر. تم تنفيذ هذا العمل، الذي تم وصفه مؤخرًا في مقال نشر في المجلة العلمية Molecular and Cellular Biology، بالتعاون مع راشيل كاما وطالب البحث ميكا روبنسون.
مرض باتن هو مرض تنكس عصبي يصيب طفلاً واحداً من بين كل 50,000 طفل. ويحدث ذلك عند تلف نسختي الجين المسمى BTN2. ويتجلى المرض في التخلف العقلي، وفقدان الرؤية والمهارات الحركية، ويؤدي في النهاية إلى الوفاة. تفشل الخلايا التي تعيش في أجسام مرضى المرض في التكسر والتخلص من مواد معينة انتهت دورها في الخلية، مما يؤدي إلى تراكم هذه المواد في الخلايا. في الخلايا السليمة (التي لا يتضرر فيها الجين) تتم عملية تحطيم هذه المواد والتخلص منها في عضية داخل الخلايا تسمى الليزوزوم. تشمل هذه المجموعة من الأمراض (أمراض التخزين الليزوزومية) أيضًا أمراضًا مثل جوشر، وتاي ساكس، و
والتي تظهر عند كبار السن وتسمى بالاسم العام Neuronal Ceroid Lipofuscinoses. معظم أمراض التخزين ليس لها علاج حاليًا.
واجه البروفيسور غيرست وأعضاء مجموعته البحثية عن طريق الخطأ أمراض تخزين الليزوزومات الموجودة في البشر أثناء أبحاثهم. الخلوية
وتستخدم الخميرة كنموذج لدراسة الوظائف الأساسية التي تقوم بها جميع الخلايا الحية، بما في ذلك طرق نقل البروتينات وغيرها من المنتجات التي تنتقل من مكان إلى آخر داخل الخلية.
تتدفق الحركة في مسارات النقل داخل الخلايا وفقًا لمجموعة معقدة من القواعد، والتي لم يبدأ العلماء في جميع أنحاء العالم في فك شفرتها إلا مؤخرًا. ويتضمن هذا النظام مراكز النقل - عضيات جولجي - والتي تفرز منها حويصلات تعمل كحاويات نقل. تتشكل الليزوزومات (التي يسبب خللها الوظيفي أمراض تخزين الليزوزومات) جزئيًا من عضيات جولجي. تبتلع الليزوزومات البروتينات التي انتهت وظيفتها، وتقوم بتحطيمها. لكن بعض البروتينات لا تصل إلى الليزوزومات، ويتم إعادتها إلى عضيات جهاز جولجي لإعادة تدويرها.
ووجد العلماء أن الجين المرتبط بمرض باتن، BTN2، في نسخته الموجودة في خلايا الخميرة، يعمل مع جين آخر، والذي يرمز لبروتين يلعب دورًا مهمًا في مسار النقل داخل الخلايا. تمت دراسة جين BTN2 في الماضي من قبل العديد من العلماء، لكن دوره لا يزال غير واضح.
ومن خلال حذف جين BTN2 من الحمل الجيني لخلايا الخميرة، تمكن أعضاء المجموعة البحثية من محاكاة الخلايا البشرية في أجسام المرضى المصابين بالمرض (حيث لا تعمل نسختا جين BTN2 بشكل صحيح)، و اكتشف البروتينات التي يعمل بها البروتين المنتج وفقًا لهذا الجين في الظروف العادية (بدون مرض)، وأين يحدث الخلل في نظام النقل داخل الخلايا الذي يسبب في النهاية أمراض التخزين. ووجدوا أن نقص (أو خلل وظيفي) جين BTN2 يعطل قدرة مسارات النقل داخل الخلايا على نقل بروتين يسمى Yif1. عادة، يتم نقل جزيئات البروتين Yif1 مرة أخرى إلى عضيات جهاز جولجي لإعادة تدويرها. ومع ذلك، في الخلايا النموذجية للمرض (التي تفتقر إلى بروتين Btn2) يتم حظر هذا المسار، لذلك يتم توجيهها في الاتجاه الخاطئ - إلى الليزوزوم، حيث يتم تكسيرها بدلاً من إعادة تدويرها. تتراكم المنتجات غير المرغوب فيها للتحلل غير الصحيح في الليزوزوم - تمامًا كما يحدث في خلايا الأشخاص الذين يعانون من مرض باتن.
وكشف علماء المعهد عن المرحلة الدقيقة التي يبدأ فيها مسار النقل Yif1 في التعطل نتيجة لنقص (أو نقص الوظيفة) في جين BTN2. البروفيسور غيرست: "لقد رأينا أن الآلية المؤدية إلى تطور مرض باتن متشابهة إلى حد كبير في الخميرة وفي البشر. وتبين أن هذه الخلايا الصغيرة بمثابة نموذج ممتاز لفهم عمليات تطور الأمراض المختلفة لدى البشر. إن مثل هذا الفهم يعد خطوة أساسية على طريق تطوير طرق علاج هذه الأمراض."