اكتشف علماء في اليابان مصيرًا غير معروف سابقًا للخلايا التالفة، والذي يمكن أن يغير بشكل كبير فهمنا للشيخوخة والمرض وكيفية شفاء أجسامنا من تلقاء نفسها. يتحدى هذا الاكتشاف الاعتقاد السائد منذ فترة طويلة بأن الخلايا ليس لها سوى نتيجتين محتملتين عندما تتضرر أغشيتها: إما أن تتعافى، أو تموت.
كما أنه ربما يسهم في تطوير إستراتيجية العلاج الخلوي التي تعزز طول عمر الإنسان في المستقبل.
وغشاء الخلية حاجز دقيق ومرن، يعد بمثابة حارس البوابة، يسمح لبعض المواد بالمرور والخروج مع إبقاء المواد الأخرى خارجًا. وعلى الرغم من أنه يحمي الخلية، إلا أنه عرضة للضرر الناتج عن الأنشطة اليومية مثل تقلصات العضلات والإصابات.
يوضح باحثون من جامعة الدراسات العليا بمعهد أوكيناوا للعلوم والتكنولوجيا (OIST) أنه على الرغم من أن الخلايا لديها آليات لإصلاح الأضرار الطفيفة، إلا أنه ليس كل الضرر يؤدي إلى مسار مباشر للتعافي أو الموت.
بدلًا من ذلك، هناك نتيجة ثالثة: الشيخوخة الخلوية، وهي حالة تتوقف فيها الخلايا عن الانقسام ولكنها تظل نشطة في التمثيل الغذائي، مما يساهم في عمليات الجسم المختلفة، المفيدة والضارة.
تغيير المصير
يتذكر البروفيسور كيكو كونو، رئيس وحدة علم الأغشية، المؤلف الرئيس للدراسة «عندما بدأت المشروع، كنت أهدف ببساطة إلى فهم آليات إصلاح غشاء الخلية التالفة، وبشكل غير متوقع، انتهى بنا الأمر إلى اكتشاف أن تلف غشاء الخلية، إلى حد ما، يغير مصير الخلية».
وجد الباحثون أن التغير الجيني الذي يزيد من خطر الالتهاب، من خلال عملية توصف بموت الخلايا «المتفجرة»، يحمله نحو 3 % من سكان العالم.
توقف الخلية
عندما يتضرر غشاء الخلية، يسمح للكالسيوم من خارجها بالاندفاع إلى الداخل. يؤدي هذا الكالسيوم إلى تنشيط بروتين رئيس يعرف باسم «حارس الجينوم» الذي ينظم نمو الخلايا. ويقوم بتشغيل إنتاج بروتين آخر يسمى p21 يعمل مثل دواسة الفرامل، مما يجبر دورة الخلية على التوقف وبالتالي تتوقف الخلية عن الانقسام. ووجد العلماء أن بإمكانهم منع استجابة الشيخوخة المبكرة هذه باستخدام مركب يمسك أيونات الكالسيوم، ويمنع تنشيط p53.
توقعات الباحثين
توقع الباحثون أنه في الجسم، يمكن أن تؤدي تمزقات غشاء الخلية الناتجة عن إصابة ما إلى توليد خلايا هرمة متضررة بالغشاء، تسهل بعد ذلك إغلاق الجرح وشفائه بشكل أسرع. وهذا يمكن أن يفسر سبب تراكم الخلايا الهرمة حول الجروح ومواقع الضرر، وقد تلعب دورًا مفيدًا، على الأقل في البداية.
إلى جانب السمات المميزة للشيخوخة المتسارعة، لاحظ العلماء سمة غريبة أخرى خاصة بغشاء الخلية والخلايا الهرمة التكاثرية، وهي عبارة عن بقع صغيرة غنية بالدهون على سطح الغشاء.
وكشف البحث أن مصير الخلية بعد التلف يعتمد على مدى الضرر. يمكن إصلاح الأضرار الطفيفة، مما يسمح للخلايا بمواصلة الانقسام. ويؤدي الضرر الشديد إلى موت الخلايا. ومن المثير للاهتمام أن الضرر المعتدل قد يبدو في البداية وكأنه سيتم إصلاحه، لكن الخلايا تصبح هرمة بعد أيام.
قوة الشيخوخة الخلوية
الشيخوخة الخلوية هي مفهوم حاسم في فهم الشيخوخة والمرض. في حين أن الخلايا السرطانية يمكن أن تنقسم بلا حدود، فإن الخلايا الطبيعية لا يمكنها أن تنقسم إلا حوالي 50 مرة قبل أن تشيخ. هذه الخلايا الهرمة لا تبقى خاملة فحسب، بل إنها تنتج بروتينات يمكنها التأثير على الاستجابات المناعية، مما يؤثر على كل شيء بدءًا من التئام الجروح وحتى السرطان وعملية الشيخوخة نفسها. كان وجود الخلايا الهرمة في الجسم ودورها في الصحة والمرض من مجالات الدراسة المكثفة، حيث تشير الأبحاث إلى أن إزالة هذه الخلايا يمكن أن تجدد وظائف الجسم في حيوانات التجارب.
وجهة النظر التقليدية التي يتبناها العلماء هي أن الشيخوخة الخلوية تنجم عن انقسام الخلايا المتكرر أو ضغوط أخرى مثل تلف الحمض النووي أو تنشيط الجينات الأخرى، والتي تنطوي عادة على استجابة لتلف الحمض النووي.
ومع ذلك، تسلط هذه الدراسة الجديدة الضوء على مسار مختلف يشمل أيونات الكالسيوم والجين الكابت للورم p53، الناتج عن تلف غشاء الخلية.
يوضح البروفيسور كونو «يشير ملف التعبير الجيني والمعلوماتية الحيوية إلى أن تلف غشاء الخلية يفسر أصل الخلايا الهرمة في أجسامنا، وتحديدًا الخلايا القريبة من الأنسجة التالفة».
يعتقد مؤلفو الدراسة أن النتائج التي توصلوا إليها قد تساهم في تطوير إستراتيجية العلاج الخلوي التي تعزز طول عمر الإنسان في المستقبل.
ونشرت النتائج في مجلة طبيعة الشيخوخة.
اختبار الأغشية
باستخدام خميرة الخباز ككائن حي نموذجي، حدد الباحثون 48 جينًا تشارك في عملية إصلاح غشاء الخلية. وأظهروا أن سلالات الخميرة التي تفتقر إلى بعض هذه الجينات كانت أكثر حساسية تجاه مادة كيميائية تدمر أغشية الخلايا عمدًا. ومن المثير للاهتمام أن هذه السلالات أدت أيضًا إلى تقصير العمر التكاثري، مما يعني أنها خضعت لجولات أقل من انقسام الخلايا قبل توقف النمو والموت. يشير هذا إلى وجود صلة قوية بين سلامة غشاء البلازما والشيخوخة الخلوية.
ثم قام الفريق بالتحقيق فيما إذا كان تلف غشاء البلازما يؤثر على شيخوخة الخلايا البشرية باستخدام الخلايا الليفية في الرئة والجلد المزروعة في أطباق المختبر. لقد استخدموا عدة طرق لثقب الأغشية، بما في ذلك المنظفات والسموم البكتيرية والليزر المركز. استجابت الخلايا الليفية بالدخول قبل الأوان إلى حالة تشبه الشيخوخة الخلوية الطبيعية.
تظهر الخلايا الهرمة شكلًا مسطحًا، وزيادة في نشاط إنزيم بيتا جالاكتوزيداز، وإفراز بروتينات التهابية. لاحظ الباحثون كل هذه العلامات الكلاسيكية للشيخوخة بعد تمزق الغشاء.
الشيخوخة الخلوية
حالة تتوقف فيها الخلايا عن الانقسام.
تبقى الخلايا على الرغم من التوقف نشطة في التمثيل الغذائي.
كما أنه ربما يسهم في تطوير إستراتيجية العلاج الخلوي التي تعزز طول عمر الإنسان في المستقبل.
وغشاء الخلية حاجز دقيق ومرن، يعد بمثابة حارس البوابة، يسمح لبعض المواد بالمرور والخروج مع إبقاء المواد الأخرى خارجًا. وعلى الرغم من أنه يحمي الخلية، إلا أنه عرضة للضرر الناتج عن الأنشطة اليومية مثل تقلصات العضلات والإصابات.
يوضح باحثون من جامعة الدراسات العليا بمعهد أوكيناوا للعلوم والتكنولوجيا (OIST) أنه على الرغم من أن الخلايا لديها آليات لإصلاح الأضرار الطفيفة، إلا أنه ليس كل الضرر يؤدي إلى مسار مباشر للتعافي أو الموت.
بدلًا من ذلك، هناك نتيجة ثالثة: الشيخوخة الخلوية، وهي حالة تتوقف فيها الخلايا عن الانقسام ولكنها تظل نشطة في التمثيل الغذائي، مما يساهم في عمليات الجسم المختلفة، المفيدة والضارة.
تغيير المصير
يتذكر البروفيسور كيكو كونو، رئيس وحدة علم الأغشية، المؤلف الرئيس للدراسة «عندما بدأت المشروع، كنت أهدف ببساطة إلى فهم آليات إصلاح غشاء الخلية التالفة، وبشكل غير متوقع، انتهى بنا الأمر إلى اكتشاف أن تلف غشاء الخلية، إلى حد ما، يغير مصير الخلية».
وجد الباحثون أن التغير الجيني الذي يزيد من خطر الالتهاب، من خلال عملية توصف بموت الخلايا «المتفجرة»، يحمله نحو 3 % من سكان العالم.
توقف الخلية
عندما يتضرر غشاء الخلية، يسمح للكالسيوم من خارجها بالاندفاع إلى الداخل. يؤدي هذا الكالسيوم إلى تنشيط بروتين رئيس يعرف باسم «حارس الجينوم» الذي ينظم نمو الخلايا. ويقوم بتشغيل إنتاج بروتين آخر يسمى p21 يعمل مثل دواسة الفرامل، مما يجبر دورة الخلية على التوقف وبالتالي تتوقف الخلية عن الانقسام. ووجد العلماء أن بإمكانهم منع استجابة الشيخوخة المبكرة هذه باستخدام مركب يمسك أيونات الكالسيوم، ويمنع تنشيط p53.
توقعات الباحثين
توقع الباحثون أنه في الجسم، يمكن أن تؤدي تمزقات غشاء الخلية الناتجة عن إصابة ما إلى توليد خلايا هرمة متضررة بالغشاء، تسهل بعد ذلك إغلاق الجرح وشفائه بشكل أسرع. وهذا يمكن أن يفسر سبب تراكم الخلايا الهرمة حول الجروح ومواقع الضرر، وقد تلعب دورًا مفيدًا، على الأقل في البداية.
إلى جانب السمات المميزة للشيخوخة المتسارعة، لاحظ العلماء سمة غريبة أخرى خاصة بغشاء الخلية والخلايا الهرمة التكاثرية، وهي عبارة عن بقع صغيرة غنية بالدهون على سطح الغشاء.
وكشف البحث أن مصير الخلية بعد التلف يعتمد على مدى الضرر. يمكن إصلاح الأضرار الطفيفة، مما يسمح للخلايا بمواصلة الانقسام. ويؤدي الضرر الشديد إلى موت الخلايا. ومن المثير للاهتمام أن الضرر المعتدل قد يبدو في البداية وكأنه سيتم إصلاحه، لكن الخلايا تصبح هرمة بعد أيام.
قوة الشيخوخة الخلوية
الشيخوخة الخلوية هي مفهوم حاسم في فهم الشيخوخة والمرض. في حين أن الخلايا السرطانية يمكن أن تنقسم بلا حدود، فإن الخلايا الطبيعية لا يمكنها أن تنقسم إلا حوالي 50 مرة قبل أن تشيخ. هذه الخلايا الهرمة لا تبقى خاملة فحسب، بل إنها تنتج بروتينات يمكنها التأثير على الاستجابات المناعية، مما يؤثر على كل شيء بدءًا من التئام الجروح وحتى السرطان وعملية الشيخوخة نفسها. كان وجود الخلايا الهرمة في الجسم ودورها في الصحة والمرض من مجالات الدراسة المكثفة، حيث تشير الأبحاث إلى أن إزالة هذه الخلايا يمكن أن تجدد وظائف الجسم في حيوانات التجارب.
وجهة النظر التقليدية التي يتبناها العلماء هي أن الشيخوخة الخلوية تنجم عن انقسام الخلايا المتكرر أو ضغوط أخرى مثل تلف الحمض النووي أو تنشيط الجينات الأخرى، والتي تنطوي عادة على استجابة لتلف الحمض النووي.
ومع ذلك، تسلط هذه الدراسة الجديدة الضوء على مسار مختلف يشمل أيونات الكالسيوم والجين الكابت للورم p53، الناتج عن تلف غشاء الخلية.
يوضح البروفيسور كونو «يشير ملف التعبير الجيني والمعلوماتية الحيوية إلى أن تلف غشاء الخلية يفسر أصل الخلايا الهرمة في أجسامنا، وتحديدًا الخلايا القريبة من الأنسجة التالفة».
يعتقد مؤلفو الدراسة أن النتائج التي توصلوا إليها قد تساهم في تطوير إستراتيجية العلاج الخلوي التي تعزز طول عمر الإنسان في المستقبل.
ونشرت النتائج في مجلة طبيعة الشيخوخة.
اختبار الأغشية
باستخدام خميرة الخباز ككائن حي نموذجي، حدد الباحثون 48 جينًا تشارك في عملية إصلاح غشاء الخلية. وأظهروا أن سلالات الخميرة التي تفتقر إلى بعض هذه الجينات كانت أكثر حساسية تجاه مادة كيميائية تدمر أغشية الخلايا عمدًا. ومن المثير للاهتمام أن هذه السلالات أدت أيضًا إلى تقصير العمر التكاثري، مما يعني أنها خضعت لجولات أقل من انقسام الخلايا قبل توقف النمو والموت. يشير هذا إلى وجود صلة قوية بين سلامة غشاء البلازما والشيخوخة الخلوية.
ثم قام الفريق بالتحقيق فيما إذا كان تلف غشاء البلازما يؤثر على شيخوخة الخلايا البشرية باستخدام الخلايا الليفية في الرئة والجلد المزروعة في أطباق المختبر. لقد استخدموا عدة طرق لثقب الأغشية، بما في ذلك المنظفات والسموم البكتيرية والليزر المركز. استجابت الخلايا الليفية بالدخول قبل الأوان إلى حالة تشبه الشيخوخة الخلوية الطبيعية.
تظهر الخلايا الهرمة شكلًا مسطحًا، وزيادة في نشاط إنزيم بيتا جالاكتوزيداز، وإفراز بروتينات التهابية. لاحظ الباحثون كل هذه العلامات الكلاسيكية للشيخوخة بعد تمزق الغشاء.
الشيخوخة الخلوية
حالة تتوقف فيها الخلايا عن الانقسام.
تبقى الخلايا على الرغم من التوقف نشطة في التمثيل الغذائي.
