الحمض النووي المظلم

الجانب المظلم من الجينوم: ما هو الحمض النووي DNA المظلم؟

يشير مفهوم DNA المظلم إلى جزء من الجينوم لا يفهم العلماء جيدا دوره في عمليات الحياة. و هو النظير البيولوجي "للمادة المظلمة". نحن نعلم أن الحمض النووي المظلم موجود ولكننا لا نستطيع فهم الوظيفة البيولوجية التي يخدمها.

بفضل تقنيات تسلسل الحمض النووي المتقدمة، تمكن علماء الوراثة من رسم خريطة الجينوم للعديد من النباتات والحيوانات. يمكنهم الكشف عن بعض أسرار دور الحمض النووي في الآليات التطورية. 

يعتمد التكيف والانتقاء الطبيعي اللذان يمكّنان الحياة من الازدهار على الأرض على الجينات. و مع ذلك، في بعض الأحيان، لا يستطيع علماء الوراثة العثور على الجينات التي يعرفون بالتأكيد أنها يجب أن تكون موجودة في جينوم بعض الحيوانات.

 في حين أنهم لا يستطيعون اكتشاف الجين نفسه، إلا أنهم بطريقة ما لا يزالون قادرين على رؤية تعبير البروتين المرتبط به. إنهم يتعاملون مع "جينات مفقودة" أو حمض نووي مظلم

مادة بيولوجية مظلمة: إقليم بيولوجي مجهول؟

في بعض الأحيان، لا يستطيع العلماء العثور على الجينات التي يعرفون أنها ضرورية لبقاء بعض الحيوانات. كانت هذه حالة عالم الأحياء آدم هارجريفز كما وصفها في مقال نُشر في مجلة The Conversation 

قام هارجريفز وزملاؤه بدراسة تسلسل جينوم فأر "جربوع" الرمال، وهو نوع من الجرابيع يعيش في الصحراء، موطنه شمال إفريقيا والشرق الأوسط. و تشتهر فئران الرمال (Psammomys obesus) بميلها للإصابة بمرض السكري من النوع 2. أراد الفريق فحص الجينات المتعلقة بإنتاج الأنسولين، مثل Pdx1 (Pancreatic And Duodenal Homeobox 1

 ولدهشة الباحثين، لم يكن الجين Pdx1 موجودا في أي مكان في جينوم فئران الرمال، مثله مثل 87 جين أساسي آخر يحيط به. و مع ذلك، وجد الفريق منتجات كيميائية يمكن أن تنتج فقط من البروتينات Pdx1 والجينات الأخرى المفقودة عادة.  هذا يعني أن الجينات ليست مفقودة حقا ولكنها مخفية فقط.

علق هارجريفز على نتائجهم قائلا:

"تسلسل الحمض النووي لهذه الجينات غني جدا بجزيئات G و C ، وهما اثنان من الجزيئات" الأساسية "الأربعة التي تشكل DNA. نحن نعلم أن التسلسلات الغنية بالـ GC تسبب مشاكل لبعض تقنيات تسلسل DNA.  وهذا يزيد من احتمالية أن الجينات التي كنا نبحث عنها يصعب اكتشافها وليست مفقودة.  لهذا السبب ، نطلق على التسلسل الخفي "الحمض النووي المظلم".

                         للمزيد حول الدراسة، PNAS

إلى جانب الجربوع، تم العثور على هذا النوع من الحمض النووي المظلم أيضا في الطيور. في السابق، وجد العلماء أن 274 جينا ضروريا كانت "مخفية" في جميع جينومات الطيور المتسلسلة. لكنهم غير متأكدين، ومع ذلك، فإن الحمض النووي المظلم موجود في جميع الأنواع لأنه حتى الآن لديهم أدلة فقط حول الجربوع والطيور.

 بالترتيب، الطفرة والانتقاء الطبيعي هما مرحلتان من التطور. تتطور الجينات بشكل عشوائي ، طوال الوقت ، فإن الانتقاء الطبيعي هو الذي يحدد الطفرات التي يجب الاحتفاظ بها وتمريرها، وأيها يجب استبعادها. على الأقل، هذا ما تقوله الكتب المدرسية.

 ولكن في ضوء هذه التطورات، هل يمكن للحمض النووي المظلم أن يلعب دورا غير محدد في تحيز اتجاه التطور؟

اكتشاف الحمض النووي

 

 كيف تم اكتشاف الحمض النووي لأول مرة ومن اكتشفه؟

 من المفاهيم الخاطئة الشائعة أن جيمس واتسون وفرانسيس كريك اكتشفوا الحمض النووي في خمسينات القرن الماضي.  في الواقع، تم اكتشاف الحمض النووي قبل عقود. من خلال متابعة أعمال الرواد قبلهم ، تمكن جيمس و فرانسيس من التوصل إلى استنتاجهما الرائد حول بنية الحمض النووي في عام 1953.

لكن، تبدأ قصة اكتشاف الحمض النووي في القرن التاسع عشر.

جزيء الحياة

 تم التعرف على الجزيء المعروف الآن باسم DNA لأول مرة في ستينيات القرن التاسع عشر بواسطة كيميائي سويسري يُدعى يوهان فريدريش ميشر Johann Friedrich Miescher. 

 شرع يوهان في البحث عن المكونات الرئيسية لخلايا الدم البيضاء ، وهي جزء من جهاز المناعة في الجسم.  المصدر الرئيسي لهذه الخلايا كانت عبارة عن ضمادات مغلفة بالصديد تم جمعها من عيادة طبية قريبة.

أطلق يوهان على هذه المادة الغامضة اسم "نوكلين".  دون علمه ، اكتشف يوهان الأساس الجزيئي لكل أشكال الحياة - الحمض النووي.

أجرى يوهان تجاربه باستخدام المحاليل الملحية لفهم المزيد عن مكونات خلايا الدم البيضاء.  لاحظ أنه عندما أضاف حامضا إلى محلول الخلايا ، تكونت مادة مفصولة عن المحلول، ثم تذوب هذه المادة مرة أخرى عند إضافة مادة قلوية.  عند فحص هذه المادة، أدرك أن لها خصائص غير متوقعة تختلف عن خصائص البروتينات الأخرى  كان على دراية به.  أطلق يوهان على هذه المادة الغامضة اسم "نوكلين" ، لأنه اعتقد أنها أتت من نواة الخلية. دون علمه، اكتشف يوهان الأساس الجزيئي لكل أشكال الحياة - الحمض النووي DNA.  ثم شرع في إيجاد طرق لاستخراجها في شكلها النقي.

كان يوهان مقتنعًا بأهمية النوكلين واقترب جدا من الكشف عن دوره، على الرغم من الأدوات والأساليب البسيطة المتاحة له.  ومع ذلك ، فقد افتقر إلى المهارات اللازمة للتواصل والترويج لما وجده للمجتمع العلمي الأوسع.  كان دائما منشد الكمال، فقد تردد لفترات طويلة بين التجارب قبل أن ينشر نتائجه في عام 1874. قبل ذلك، ناقش النتائج التي توصل إليها في المقام الأول في رسائل خاصة إلى أصدقائه.  نتيجة لذلك، مرت عقود عديدة قبل أن يحظى اكتشاف يوهان فريدريش ميشر بتقدير كامل من قبل المجتمع العلمي.

 لسنوات عديدة ، استمر العلماء في الاعتقاد بأن البروتينات هي الجزيئات التي تحتوي على كل المواد الجينية.  لقد اعتقدوا أن النوكلين ببساطة ليس معقدا بما يكفي لاحتواء جميع المعلومات اللازمة لتكوين الجينوم.  من المؤكد أن نوعا واحدا من الجزيئات لا يمكن أن يفسر كل التباين الملحوظ داخل الأنواع.

اللبنات الأساسية الأربعة للحمض النووي:

 البريشت كوسيل Albrech kossel كان عالم كيمياء حيوية ألماني حقق تقدما كبيرا في فهم اللبنات الأساسية للبناء النووي.

عزل ألبريشت كوسيل القواعد النوكليوتيدية الخمس التي تشكل اللبنات الأساسية للحمض النووي DNA والحمض النووي الريبي RNA: الأدينين والسيتوسين والجوانين والثيمين واليوراسيل.

في عام 1881، حدد ألبريشت النوكلين على أنه الحمض النووي و قدم اسمه الكيميائي الحالي ، الحمض النووي الراسبوزي منقوص الاكسجين DNA. كما أنه عزل النوكليوتيدات الخمسة - القواعد التي هي اللبنات الأساسية للحمض النووي والحمض النووي الريبي: الأدينين A ، السيتوسين C، الجوانين G ، الثايمين T واليوراسيل U. تمت مكافأة هذا العمل في عام 1910 عندما حصل على جائزة نوبل في علم وظائف الأعضاء أو الطب.

نظرية الكروموسوم في الوراثة.

 في أوائل 1900s، أعاد إعادة اكتشاف عمل غريغور مندل وأفكاره حول مبادئ التوريث، حيث بدأت الابحاث في تقديرها بشكل صحيح. ونتيجة لذلك، بدأ فيض من البحوث في محاولة إثبات او دحض نظرياته من كيفية توريث الخصائص الفيزيائية من جيل الى اخر. 

في منتصف القرن التاسع عشر، اكتشفت والثر فليمنغ  Walther Flemming، وهو عالم تشريح ألماني، هيكل ليفي داخل نواة الخلايا. اسمى هذا الهيكل "كروماتين"، ولكن ما كان قد اكتشفه فعلا هو ما نعرفه الآن باسم الكروموسومات. من خلال مراقبة هذا الكروماتين، والثر عمل بشكل صحيح عن كيفية انفصال الكروموسومات خلال انقسام الخلايا، والمعروف أيضا باسم الانقسام المتساوي mitosis.

قدم والتر ساتون وثيودور بوفيري لأول مرة فكرة أن المادة الجينية التي تنتقل من الأب إلى الطفل موجودة داخل الكروموسومات.

تم تطوير نظرية الكروموسوم للوراثة بشكل أساسي من قبل والتر ساتون وثيودور بوفيري.  قدموا أولا فكرة أن المادة الجينية التي تنتقل من الأب إلى الطفل موجودة داخل الكروموسومات. عملهم ساعد في شرح نظم التوريث و الوراثة و الأنماط التي لاحظها جريجور مندل قبل أكثر من قرن من الزمان.

والتر ساتون (يسار) وثيودور بوفيري (يمين)

 ومن المثير للاهتمام أن والتر ساتون وثيودور بوفيري كانا يعملان بشكل مستقل خلال أوائل القرن العشرين. درس والتر كروموسومات الجندب، بينما درس ثيودور أجنة الدودة.  ومع ذلك، فقد اجتمع عملهم في اتحاد مثالي ، جنبا إلى جنب مع النتائج التي توصل إليها عدد قليل من العلماء الآخرين ، لتشكيل نظرية الكروموسوم للوراثة.

بناءً على النتائج التي توصل إليها والثر فليمنج مع الكروماتين، قدم عالم الأجنة الألماني ثيودور بوفيري الدليل الأول على أن الكروموسومات الموجودة في خلايا البويضة والحيوانات المنوية مرتبطة بالخصائص الموروثة.  من خلال دراساته حول جنين الدودة المستديرة، توصل أيضا إلى أن عدد الكروموسومات أقل في خلايا البويضات والحيوانات المنوية مقارنة بخلايا الجسم الأخرى.

 توسع والتر ساتون في ملاحظة تيودور من خلال عمله مع الجندب. وجد أنه من الممكن التمييز بين الكروموسومات الفردية التي تمر بالانقسام الاختزالي او المنصف  في خصيتي الجندب، ومن خلال ذلك، تعرف بشكل صحيح على كروموسومات الجنس. 

في البيان الختامي لورقته البحثية عام 1902 لخص نظرية الكروموسومات للوراثة على أساس هذه المبادئ:

 • تحتوي الكروموسومات على المادة الوراثية.

• تنتقل الكروموسومات من الأب إلى الأبناء.

 • توجد الكروموسومات في أزواج في نواة معظم الخلايا (خلال الانقسام الاختزالي، تنفصل هذه الأزواج لتشكل خلايا ابنة).

 • أثناء تكوين الحيوانات المنوية وخلايا البويضات عند الرجال والنساء ، على التوالي ، يتم فصل الكروموسومات.

• يساهم كل والد بمجموعة واحدة من الكروموسومات في نسله.

شكرا للمتابعة

إعادة خياطة الحمض النووي: مستقبل تحرير الجينوم

 إعادة خياطة الحمض النووي: مستقبل تحرير الجينوم

من فلم الخيال العلمي "Jurassic Park" إلى واقع الأطعمة المعدلة وراثيا، فإن فكرة تخصيص النباتات والحيوانات وحتى الجينوم البشري قد أبهرتنا لعقود. هذا الهوس ليس مفاجئا بالنظر إلى التأثير الملحوظ للهندسة الوراثية على حياتنا ، والوعد الذي تحمله لمستقبلنا. "الأرز الذهبي" المحسن، الذي يوفر جرعتك اليومية من فيتامين أ، ونباتات الحور المعدلة التي تساعد على تقليل التلوث، والأنسولين البشري المهندس لمرضى السكري، هي بعض الطرق التي أدت بها الهندسة الوراثية إلى تحسين نوعية حياة الإنسان.

 ولكن، كما تتخيل، فإن تعديل جينات الكائن الحي ليس بالأمر السهل. الأمر ليس بهذه البساطة مثل إزالة الأجزاء التي لا تعجبك باستخدام الممحاة. إنه ينطوي على إجراء تغييرات على المستوى الجزيئي معقدة وصعبة.

 تاريخيا، كانت هذه هي مشكلة الهندسة الوراثية؛ فهي مملة وتستغرق وقتا طويلاً وليست فعالة للغاية. يمثل "تحرير الجينوم Genome editing" فرعا جديدا من الهندسة الوراثية يحاول تصحيح هذه المشكلات. إنها أبسط بكثير وأكثر كفاءة بكثير من الطرق التقليدية للهندسة الوراثية.

خياطي الجينوم:

يستخدم تحرير الجينوم "انزيمات النيوكليازيز nucleases"، وهي بروتينات تعمل مثل المقص الجزيئي ولديها القدرة على قطع الحمض النووي في مواقع محددة.  يحتوي كل إنزيم نيوكليز على تسلسل فريد من الحمض النووي يتعرف عليه ويقطعه. يسمح هذا للعلماء بتكييف المادة الجينية عن طريق إضافة أو إزالة أو استبدال أجزاء من الجينوم. باستخدام هذه التقنية، يمكن للمرء إزالة الأجزاء السيئة وغير الصحية من الجينوم وإضافة نسخ أفضل وصحية من الحمض النووي، مما أحدث ثورة في الطريقة التي نعالج بها الأمراض لدى البشر.

 سعى العلماء لتطوير أساليب آمنة وموثوقة لتحرير الجينوم لمساعدة البحث العلمي ، وكذلك الطب. منذ عام ٢٠٠٤ و الى الان سعى العلماء لتطوير عملية تحرير الجينوم، كان من اشهرها عندنا طور باحثون في جامعة ستانفورد وجامعة هارفارد ومعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ومؤسسات علمية رائدة أخرى في جميع أنحاء العالم طريقة تحرير الجينوم المسماه CRISPR-Cas.

 الاساسيات:

CRISPR اختصارا ل : Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats، و التي تعني التكرارات المتناظرة القصيرة المنتظمة المتباعدة بشكل منتظم. تستخدم التقنية بروتين نيوكلييز يسمى Cas9.

 

ما الذي يميز نيوكلييز Cas9؟ 

إنه أذكى من النيوكليازات أخرى! تعتمد منطقة الحمض النووي التي يرتبط بها Cas9 على جزيء آخر يسمى الدليل  The Guide RNA. فكر في الموضع على الجينوم الذي يحتاج Cas9 إلى الوصول إليه كعنوان، والذي يتم تمثيله بواسطة تسلسل DNA. يحتوي دليل RNA على عنوان DNA هذا مبرمجا فيه ويعمل كجهاز GPS لتوجيه Cas9 إلى هذا الموقع على الحمض النووي.  

ما هي ميزة هذه الخاصية المميزة لـ Cas9؟  

يسمح للعلماء باختيار المكان الذي يستهدفه Cas9 على الحمض النووي. من خلال تغيير عنوان الحمض النووي على دليل الحمض النووي الريبي ، يمكننا الآن توجيه Cas9 إلى أي موقع مرغوب فيه على الجينوم.

لنفترض أننا نحاول علاج مرض نعلم أنه سببه جين معيب.  يمكننا على وجه التحديد استهداف Cas9 الخاص بنا باستخدام دليل RNA المناسب للجين المعيب على الحمض النووي حيث يمكن تصنيعه إما لإيقاف عمل الجين أو استبدال الجين بنسخة صحية.  هذا ممكن لأنه بمجرد وصوله إلى الموقع المستهدف المطلوب، يقسم بروتين Cas9 الحمض النووي على كلا الخيطين. على الفور، تجند الخلية آلية الإصلاح الخاصة بها لتصل الحمض النووي المقسوم معا مرة أخرى.

 ومع ذلك، قبل إجراء الإصلاح، يمكن بعد ذلك معالجة النظام لإزالة عدد قليل من النيوكليوتيدات في ذلك الموقع، مما قد يؤدي إلى فقدان قدرة الجين على العمل. أو يمكن للنظام إدخال او استبدال تسلسل الحمض النووي في الجين. في كلتا الحالتين، ستكون النتيجة النهائية هي كائن حي معدّل وراثيا، ونأمل أن يكون المريض قد شُفي.

تطور سريع و تطبيقات كثيرة:

ان نظام كريسبر يعد بأشياء عظيمة لمستقبل العلاج الجيني القائم على الخلايا الجذعية والطب التجديدي. بعد اكتشاف CRISPR-Cas كان هنالك تسارع لتطبيق التقنيه و ظهر العديد من الابحاث و بعض الدلائل على نجاحها. كان من اشهرها، تحاول شركة في ماساتشوستس تدعى Editas Medicine تكييف هذه التكنولوجيا لاستخدامها في بيئة سريرية لعلاج الأمراض البشرية. بدأ العلماء منذ نشر اولى ابحاث تقنية كريسبر في العمل على تحقيق ذلك من خلال إجراء تجارب التحرير هذه في مزارع الخلايا البشرية و كانت تعطي نتلئج بنجاح كبير.

 ايضا، تمكنت مجموعات أبحاث كوان وروسي في جامعة هارفارد من تعديل خلايا الدم الجذعية البشرية بطريقة لا يمكن أن تصاب بعد الآن بفيروس نقص المناعة البشرية. يأمل العلماء المشاركون في هذا البحث أن يتم استخدام هذه الخلايا المهندسة يوما ما لعلاج مرضى فيروس نقص المناعة البشرية. بينما لا يزال هناك الكثير من العمل الذي يتعين القيام به لتحقيق هذا الحلم، فإن المستقبل الذي يتم فيه تحرير جينوم المريض مباشرة لإزالة الجين المسبب للمرض أو علاج المرضى بالخلايا الجذعية المعدلة ليس بعيدا. كانت هناك أيضا العديد من الفوائد المباشرة لتقنية CRISPR-Cas. وقد زود العلماء بأداة سهلة لصنع كائنات معدلة وراثيا.

مخاوف مستقبلية:

 ولكن، مع التكنولوجيا التي تتطور بسرعة كبيرة ، يجب توخي الحذر وضبط النفس مع الاستخدام. كلما زادت سهولة الاستخدام، زاد الخوف وإمكانية إساءة الاستخدام.  كما هو الحال مع أي تقنية هندسة وراثية ، أثار كريسبر-كاس العديد من المخاوف الأخلاقية في كل من المجتمع العلمي وكذلك عامة الناس. يتمثل الشاغل الأكبر في أن ما يبدأ بتحرير الجينوم البشري لعلاج الأمراض يمكن أن يتحول بسرعة إلى التحرير من أجل الراحة أو المتعة.

 أحد الاهتمامات الخاصة بين العلماء هو التعديلات التي يتم إجراؤها على خلايا السلالة الجرثومية البشرية - أي الحيوانات المنوية أو البويضة.  هذه تغيرات جينية ستنتقل فعليا عبر الأجيال ويخشى العلماء من احتمال حدوث آثار جانبية غير متوقعة لذلك. بالإضافة إلى ذلك، هناك مخاوف أخلاقية للأشخاص الذين يسيئون استخدام هذه التكنولوجيا لتعديل الجينوم عمدا لجعل "الأطفال المصممين" بخصائص محسنة. هذه بعض المخاوف الحقيقية التي تجعل العلماء يتوقفون ويوازنون بين إيجابيات وسلبيات استخدام هذه التكنولوجيا.

 على الرغم من هذه الخلافات، لا يمكن لأحد أن ينكر أن تقنية كريسبر-كاس تبشر بالخير أكثر من أي تقنية سابقة لتحرير الجينوم بنجاح. على الرغم من أنه قد لا يكون لدينا بعد سلالة من الأطفال الخارقين أو الديناصورات التي نشأت من الموت، يبدو أن تحرير الجينوم يحول الخيال العلمي ببطء إلى حقيقة.

تحياتي

Adenine

ورقة بحثية - اعادة تطويل التيلومير

‏ورقة علمية واعدة نُشرت في مجلة الخلية الجذعية Stem Cell لعلماء نجحوا في إعادة طول التيلومير Telomeres في المختبر إلى مستوياته الطبيعية.هذه النتائج سوف تعزّز من الأبحاث المتخصصة في شيخوخة الإنسان،وإطالة عمره من خلال تنظيم الانقسامات الخلوية في جسدة.

بقلم: ماجد العنزي 🔬 ، العلوم بالعربية  (@iSciencesi): https://twitter.com/iSciencesi?s=09

ملخص: يُحافظ طول "التيلومير" على استقرار الانقسام الحيوي بأجسادنا. ولذلك، تسعى هذه الورقة إلى اكتشاف طريقة لزيادة العمر الافتراضي له عن طريق فهم العمليات البيولوجية للجينات المتعلقة به، والحفاظ على استقرارها ما أمكن عن طريق أدوية تثبّط انزيم PAPD5.

‏الفائدة المرجوّة: الحفاظ على طول "التيلومير" مرتبط بطول عمر الخلايا. لو طبقّنا مثل هذه التقنيات الحيوية في المستقبل القريب أو البعيد على البشر، قد نتمكّن من الحصول على أكسير الحياة المذكور في الأساطير المصرية القديمة، هُم بحثوا عن الخلود، والعلم يبحث عن عمر إضافي فقط!

                                  ،،،،،،،،،،،،،،،،،،،،،،،،،،،،،،،،،،،

‏حاول الإنسان عبر التاريخ أن يبحث عن الخلود في هذه الأرض، والفرار من الموت. لكنها لم تُجدِ نفعًا معه، فهو النهاية الحتمية لكل كائن حي، و جُلَّ ما نستطيع فعله هو تأجيل هذه اللحظة بالحفاظ على صحة جيدة، والابتعاد عن الأمور التي ثَبت تورطها بالأمراض المميتة. ‏ومن أبرز المحاولات التي قام بها البشر في القرون المنصرمة هو نقل دماء الأطفال والشباب إلى كبار السن، لكنها لم ترتقِ لعلاج الأمراض المستعصية، مما أدّى إلى موتهم في نهاية المطاف. ورغم ذلك، فإن الأبحاث المهتمة بإبطاء الشيخوخة لازالت قائمة حتى الآن. ربما ثمة ضوء في نهاية النفق!

معظم الأبحاث الحديثة تركّز على الأجزاء التي تتواجد في نهايات الصبغيات Chromosome الخاصة بنا وتُدعى التيلوميرات Telomeres. وهي تدرس طول هذه الأجزاء بجديّة؛ كلما كانت أطول، كلما كانت عمليات الانقسام الخلوي أقرب للنجاح، مما يعني أن عمرك الافتراضي أطول من أقرانك في الغالب.

‏لسوء الحظ، ينقص طول "التيلومير" بشكل طبيعي كلما تقدمنا بالعمر، وهذا ما يؤثر على تنظيم عمل الكروموسومات حتى تُدمج ببعضها البعض في وقتٍ ما. حينها، لن يتمكّن الحمض النووي من إصلاح نفسه، وبالتالي وصولنا إلى الشيخوخة الخلوية سريعًا. ‏أستطيع القول أن الانقسام المستمر للخلايا في أجسادنا يقود إلى تلك الشيخوخة، يبدو الأمر وكأن "التيلومير" هو المؤشر الحيوي لعمر الخلية، ودائمًا ما نرى "تيلوميرات" الشباب أطول ممّن يكبرهم سنًا. مما يعني أن فُرص تخمين عمر الخلية التقريبي من طوله أمر معقول وممكن.

‏وعلى ضوء ماسبق، فإن النقص المستمر لطول "التيلومير"، وفي نقطةٍ ما، لن يُمكّن الخلية من الانقسام بشكل طبيعي، أي موتها المحتّم، وهذه هي المشكلة التي يحاول المتخصصون أن يجدوا حلًا لها؛ ماذا لو تمكّنا من إبطاء هذه العملية الحيوية عن طريق الحفاظ على طول هذا "التيلومير" السحري؟

‏هنا لمعت الفكرة، وبدأ الباحثين في التمعّن بها. نظريًا، هذا مدخل ممتاز لإطالة عمر الإنسان، وكذلك منع إصابته بالأمراض السرطانية لأن الخلية ستتمتّع بشبابها لأطول فترة ممكنة. وهذا ما قد يُضيف حتى 30 سنة إضافية إلى عمره، وربما أكثر. من يدري؟ 

قام الباحثون، وفقًا للدراسة الحديثة، بإجراء تجربتين: الأولى تتعلّق باختبار مواد كيميائية معروفة على خلايا جذعية لمرضى اضطراب التقرّن الخلقي Dyskeratosis congenita ، وكذلك اختبارها على خلايا جذعية أخرى وحقنها في الفئران، ودراسة تأثيرها على طول "التيلومير" في تلك الخلايا. 

‏لذلك، تمَّ فحص أكثر من 100 ألف مركّب كيميائي في المختبر للعثور على مادة علاجية قادرة على أن تُحافظ على الوظائف الحيوية لجين يُدعى PARN ، فهو لاعب مهم في آلية عمل انزيم التيلوميراز Telomerase ، المتهّم الأول في اضطراب التقرّن الخلقي DKC السابق ذكره.

‏ماهو اضطراب التقرّن الخلقي DKC ؟ هو مرض وراثي نادر جدًا، يُصيب شخص واحد من كل 1000000 شخص حول العالم تقريبًا. تُصاب خلايا المريض بالشيخوخة المبكرة بسبب حدوث عطب جيني (تطفّر) يعطّل عمل انزيم "التيلوميراز" وأشياء أخرى، وهذا ماسيؤدي إلى فشل نخاع العظم. 

‏وجد العلماء أن استهداف إنزيم "التيلوميراز" قد يساعد على ابتكار وسيلة لإبطاء أو عكس آثار الشيخوخة المبكرة. هنالك علاقة مباشرة بين إنزيم "التيلوميراز" وطول "التيلومير"، كلما كان عمل الأول منظمًا، استقَّر الثاني حيويًا. هما مرتبطان ببعضهما البعض بطريقةٍ أو بأخرى.

 ‏لنعود إلى جين PARN الذي يُحافظ على استقرار انزيم "التيلوميراز"، أظهرت النتائج أنه يَضبط إحدى مكونات التيلوميراز ويُدعى TERC ، ويقوم بالحفاظ على وظيفته المهمة بالخلية. حدوث طفرة على هذا المكّون يتسبّب بقصر "التيلومير"، هذا الدليل المباشر سيساهم في فهم أسباب هذا الخلل الحيوي. ‏

قاد البحث المستمر إلى اكتشاف مادة مثبطّة لإنزيم PAPD5 ، وهي العامود الفقري لهذه الورقة العلمية، وتبيّن أن لهذا الإنزيم أثرًا سلبيًا في انحلال جين PARR وكذلك عدم استقرار TERC . تمَّ اختبار هذه الفرضيات على خلايا جذعية لمرضى التقرّن الخلقي. ‏أظهرت النتائج أن المادة العلاجية المكتشفة ساهمت في دعم مستويات TERC بالخلايا الجذعية المستهدفة، وهذا ماأعاد "التيلومير" إلى طوله الطبيعي في المختبر. وهذا يعني أن مثبّط انزيم PAPD5 يعمل بالكفاءة المطلوبة لعودة استقرار الخلية من جديد. 

‏وللتأكيد على النتائج السابقة، أراد الباحثون أن يدرسوا تأثير مثبط PAPD5 على تعبير TERT و TERC سويًا (أجزاء في انزيم التيلوميراز). استخدم العلماء خلايا جذعية، وحقنوها في الفئران، وقاموا بإحداث طفرات في جين PARN لمُحاكاة مايحدث في مرضى اضطراب التقرّن الخلقي، وعلاجه بالمثبط المذكور. 

‏النتائج: ساعد مثبط PAPD5 في تعزيز أجزاء "التيلوميراز" بشكل واضح. وتمكَّن "التيلومير" من استعادة طوله الطبيعي دون أن تتعرّض الفئران إلى آثار دوائية خطيرة. مذهل جدًا، وخطوة مميزة لمشروع تجديد خلايا البشر بين الحين والآخر على طريقة أفلام الخيال العلمي. ربما! 

 يعمل الفريق البحثي حاليًا على انتاج أدوية لمرضى اضطراب التقرّن الخلقي DKC، المسبّب للشيخوخة المبكرة، وكذلك مرضى التليف الرئوي Pulmonary Fibrosis ، نجاحهم سيعكس أهمية هذا الدواء في الحفاظ على الانقسامات الحيوية لديهم، ورفع العمر الافتراضي "للتيلومير". 

رابط المقالة الاصلية: 

Small-Molecule PAPD5 Inhibitors Restore Telomerase Activity in Patient Stem Cells

www.sciencedirect.com

تكشف تقنية جديدة عن طول التيلومير بهدف البحث في مجالات السرطان والشيخوخة.

التيلومير هو نهاية الكروموسوم، التي تجمع المعلومات الوراثية لتمريرها من الآباء إلى الأطفال.  عندما تنقسم الخلية ، تساعد هذه النهايات و التي تشبه الاغطية على الحفاظ على استقرار المعلومات الوراثية ومنع الكروموسومات من الاندماج معًا.  ولكن مع انقسام الخلايا ، تقصر التيلوميرات. في النهاية ، تتسبب في تلف الحمض النووي الذي يمكن أن يؤدي مع عوامل أخرى الشيخوخة وزيادة فرصة ظهور السرطان. 

 الآن ، حددت دراسة قام بها باحثون في المركز الطبي UT Southwestern Medical Center طريقة جديدة لتحديد طول التيلوميرات ، والغطاء النهائي للكروموسومات ، والتي يمكن أن تؤثر على تطور السرطان والشيخوخة.  تم نشر الدراسة في مجلة BioTechniques.

تظهر الدراسات السابقة أن التيلوميرات تساعد على تحديد ما إذا كانت الخلية تتكاثر بدقة.  عندما تنقسم الخلية ، تتدهور هذه الاجزاء مما يتسبب في التاثير على عمر الخلية ، ويعتقد أن هذا التدهور قد يؤدي إلى بعض جوانب الشيخوخة في البشر.  يعد العثور على أفضل الطرق وأكثرها حساسية لقياس التيلوميرات خطوة أولى مهمة يمكن أن تمكن العلماء في نهاية المطاف من تشجيع النمو الصحي للخلايا أو في حالة السرطان قد يؤدي الى الحد من نمو الخلايا أو إيقافه.

تعتمد الطريقة القياسية لقياس طول التيلومير على تحليل Southern Blot باستخدام مجسات probes ذات علامات مشعة أو غير مشعة تحتوي على عدة تكرارات DNA تيلوميرية.  ومع ذلك ، يتطلب هذا التحليل كميات كبيرة نسبيًا من عينة DNA ، مما يجعل من الصعب قياس طول التيلومير عند توفر كمية محدودة من العينة. احد المركبات المستخدمة هو مركب غير مشع يسمى DIG (ديجوكسيجينين digoxigenin ) هذا المركب كميات كبيرة من الحمض النووي و هو أقل حساسية.  تولد الدراسة الحالية مسبارات مبنية على DIG و ذلك للكشف عن سلاسل DNA التيلوميرية الغنية بـ C و G ، والتي تعزز بشكل كبير حساسية قياس طول التيلومير.

 تطور الدراسة طريقة غير مشعة تستخدم جزيئات DIG لزيادة كل من حساسية واستقرار الكشف عن التيلومير.  قام المختبر ، بعد تطبيق تفاعلات ملء  3′ fill-in reactions لعينة DNA، و من ثم تطبيق T4 DNA polymerase لمضاعفة و تقطيع DNA من أجل إزالة النيوكليوتيد الإضافي عند الطرف  3′ من قالب DNA المتولد عن تفاعلات تعبئة  3′.  أظهرت النتائج أن هذا التفاعل حسن بشكل كبير من حساسية مسبار DIG.

يعتقد الفريق أنهم يأملون في استخدام المعرفة بالتيلوميرات لإبطاء أو وقف الخلايا من الشيخوخة ، أو للمساعدة في إيقاف النمو غير المنضبط للخلايا السرطانية التي تحافظ على تيلوميراتها.  بالنسبة للمستقبل ، يشير الباحثون إلى أنهم مهتمون بفهم عملية الشيخوخة الخلوية هذه لإنشاء "خلية خالدة '' ، والتي يمكن أن تستمر في إنشاء خلايا جديدة دون التحلل ويمكن أن يكون لها آثار مهمة على الأمراض المتعلقة بالشيخوخة ، والتي ، في الاتجاه المعاكس  يمكن أن يسرع من معدل وفيات الخلايا السرطانية.

                                        دمتم بخير 

 المصدر:

        UT Southwestern’s Simmons Cancer Center

ضيف اليوم - التيلومير