دانشمندان “زمان‌سنج مرگ” را درون سلول‌ها کشف کردند!

به گفته محققان Weill Cornell Medicine، راز جوانی سلولی ممکن است در حفظ یک نوکلئولوس (nucleolus) کوچک (یک ساختار متراکم درون هسته سلول) نهفته باشد. این کشف در مخمر صورت گرفته است؛ موجودی که به خاطر نقش خود در تولید نان شناخته شده، اما در سطح سلولی به طرز شگفت‌آوری مشابه انسان‌هاست.

این مطالعه که در تاریخ ۲۵ نوامبر در مجله Nature Aging منتشر شد، ممکن است به درمان‌های جدید برای افزایش طول عمر انسان منجر شود و همچنین یک زمان‌سنج مرگ ایجاد می‌کند که نشان می‌دهد تا پیش از مرگ چقدر زمان برای سلول باقی مانده است.

با افزایش سن، احتمال بروز بیماری‌هایی مانند سرطان، بیماری‌های قلبی عروقی، و بیماری‌های نورودژنراتیو (تخریب عصبی) بیشتر می‌شود.

دکتر جسیکا تایلر، استاد پاتولوژی و پزشکی آزمایشگاهی در Weill Cornell Medicine، گفت:

پیری بزرگ‌ترین عامل خطر برای این بیماری‌هاست، به جای درمان جداگانه هر بیماری، رویکرد بهتر این است که یک درمان یا مکمل توسعه دهیم که شروع بیماری‌ها را با پیشگیری از نقص‌های مولکولی زمینه‌ای که آن‌ها را ایجاد می‌کنند، به تأخیر بیندازد.

نوکلئولوس ممکن است کلید این کار باشد!

بسته‌های کوچک

هسته سلول حاوی کروموزوم‌ها و نوکلئولوس است، جایی که DNA ریبوزومی (rDNA) قرار دارد. nucleolus rDNA را که RNA بخش‌های ریبوزوم‌ها، یعنی ماشین تولید پروتئین را رمزگذاری می‌کند، ایزوله می‌کند. rDNA یکی از شکننده‌ترین بخش‌های ژنوم است، به دلیل ماهیت تکراری آن که نگهداری و تعمیر آن در صورت آسیب‌دیدگی دشوارتر می‌شود. اگر آسیب rDNA به‌طور دقیق ترمیم نشود، می‌تواند به بازآرایی‌های کروموزومی و مرگ سلول منجر شود.

در موجوداتی از مخمر گرفته تا کرم‌ها و انسان‌ها، نوکلئولوس در طول پیری گسترش می‌یابد. از طرف دیگر، استراتژی‌های ضدپیری مانند محدودیت کالری یا کم‌خوری، باعث کوچک‌تر شدن آن می‌شوند. دکتر تایلر گفت:

محدودیت کالری کارهای مختلفی انجام می‌دهد و هیچ‌کس دقیقاً نمی‌داند که چگونه باعث افزایش طول عمر می‌شود.

دکتر تایلر و همکار فوق‌دکترای او دکتر جی. ایگناسیو گوتیرز، نویسنده اول مقاله، مشکوک بودند که کوچک نگه‌داشتن نوکلئولوس می‌تواند پیری را به تأخیر بیندازد. برای آزمایش این ایده، آن‌ها راهی مصنوعی طراحی کردند تا rDNA را به غشای هسته مخمر بچسبانند و کنترل کنند که چه زمانی این اتصال برقرار یا قطع شود.دکتر گوتیرز گفت:

مزیت سیستم ما این بود که توانستیم اندازه نوکلئولوس را از تمام اثرات دیگر استراتژی‌های ضدپیری جدا کنیم.

محققان دریافتند که اتصال نوکلئولوس برای کوچک نگه داشتن آن کافی بود و نوکلئولوس کوچک، پیری را تقریباً به همان اندازه محدودیت کالری به تأخیر انداخت.

لحظات پایانی

جالب اینجاست که نوکلئولوس‌ها در طول عمر سلول با نرخ یکسانی گسترش نمی‌یافتند. آن‌ها برای بیشتر عمر مخمر کوچک می‌ماندند، اما پس از رسیدن به یک آستانه اندازه، به‌طور ناگهانی شروع به رشد سریع و گسترش می‌کردند. سلول‌ها پس از رسیدن به این آستانه، به‌طور متوسط فقط برای پنج تقسیم سلولی دیگر زنده می‌ماندند.

دکتر گوتیرز گفت:

وقتی دیدیم این افزایش اندازه خطی نیست، متوجه شدیم که یک اتفاق واقعاً مهم در حال رخ دادن است.

عبور از این آستانه به نظر می‌رسد به‌عنوان یک زمان‌سنج مرگ‌ومیر عمل کند و لحظات پایانی عمر سلول را تعیین کند.

در هنگام افزایش سن، DNA آسیب‌هایی را متحمل می‌شود که برخی از آن‌ها می‌توانند برای سلول ویرانگر باشند. در آزمایش‌ها، تیم تحقیقاتی دریافت که نوکلئولوس‌های بزرگ‌تر نسبت به نمونه‌های کوچک‌تر rDNA ناپایدارتر هستند. همچنین، وقتی این ساختار بزرگ می‌شود، پروتئین‌ها و عوامل دیگری که معمولاً از نوکلئولوس دور نگه داشته می‌شوند، دیگر خارج نمی‌مانند. انگار نوکلئولوس “نشت” می‌کند و مولکول‌هایی وارد آن می‌شوند که می‌توانند به rDNA شکننده آسیب جدی برسانند.

دکتر تایلر گفت:

هدف کل تغلیظات این است که واکنش‌های زیستی را از هم جدا کند تا آن‌ها به‌طور کارآمد عمل کنند، اما وقتی پروتئین‌های دیگر وارد نوکلئولوس می‌شوند، این امر به ناپایداری ژنوم منجر می‌شود که پایان عمر را آغاز می‌کند.

این پروتئین‌ها می‌توانند مشکلات فاجعه‌باری مانند بازآرایی‌های کروموزومی را افزایش دهند.

در گام بعدی محققان به بررسی تأثیرات نوکلئولوس بر پیری در سلول‌های بنیادی انسانی خواهند پرداخت. سلول‌های بنیادی به‌خاطر توانایی جایگزینی انواع دیگر سلول‌ها پس از مرگشان، خاص هستند. اما در نهایت سلول‌های بنیادی نیز تقسیم را متوقف می‌کنند. پژوهشگران امیدوارند از دانش به‌دست‌آمده از این پروژه برای افزایش طول عمر سلول‌های بنیادی استفاده کنند.

دکتر گوتیرز گفت:

برای من هیجان‌انگیز بود که توانستیم ساختار نوکلئولوس را با فرآیند ترمیم به شیوه‌ای مرتبط کنیم که می‌تواند از مخمر تا انسان حفظ شود.

منبع: Scitechdaily