حركة اللؤلؤ في الميتوكوندريا: اكتشاف يغير فهمنا للأمراض

تعتبر الميتوكوندريا من أهم مكونات الخلايا، حيث تلعب دورًا حيويًا في إنتاج الطاقة. لكن ماذا لو كان هناك اكتشاف جديد يمكن أن يغير فهمنا لهذه الهياكل؟

يمكن لحركة “اللؤلؤ” الغريبة هذه داخل الخلايا أن تغير طريقة فهمنا للمرض

غالبًا ما تُسمى الميتوكوندريا بمحطات توليد الطاقة في الخلية لأنها تنتج الطاقة التي تحتاجها الخلايا لتعمل. ولدعم هذا الدور، فإنها تحمل موادها الجينية الخاصة، المعروفة باسم الحمض النووي للميتوكوندريا (mtDNA).

تحتوي كل خلية على مئات إلى آلاف النسخ من mtDNA. يتم تجميع هذه النسخ في هياكل مدمجة تسمى النيوكلويدات. لقد لاحظ العلماء منذ فترة طويلة أن هذه النيوكلويدات متباعدة بنمط منتظم داخل الميتوكوندريا. يساعد هذا التنظيم على ضمان تمرير الحمض النووي للميتوكوندريا بشكل موثوق عندما تنقسم الخلايا وأن يتم التعبير عن جيناته بالتساوي في جميع أنحاء الميتوكوندريا.

عندما لا تعمل الميتوكوندريا أو الحمض النووي الخاص بها بشكل صحيح، يمكن أن تكون التأثيرات خطيرة. تم ربط الاضطرابات بالحالات الأيضية والعصبية مثل فشل الكبد واعتلال الدماغ، بالإضافة إلى الاضطرابات المرتبطة بالشيخوخة مثل مرض الزهايمر ومرض باركنسون.

لغز طويل الأمد في بيولوجيا الخلية

ونظرًا لأهمية الحمض النووي الميتوكوندري (mtDNA)، يحاول الباحثون فهم كيفية احتفاظ الخلايا بمثل هذه المسافة المتسقة بين النيوكلويدات. ظلت الإجابة غير واضحة.

تقول سوليانا مانلي، الأستاذة في مختبر الفيزياء الحيوية التجريبية (LEB) في EPFL: “لا يمكن للآليات المقترحة المتعلقة باندماج الميتوكوندريا، أو الانشطار، أو الربط الجزيئي أن تفسر ذلك، حيث يتم الحفاظ على التباعد النووي حتى عندما يتم تعطيلها”.

وقد حددت مانلي وزميلها خوان لاندوني، زميل ما بعد الدكتوراه في LEB، الآلية المسؤولة. ويشير عملهم إلى عملية تسمى “صيد اللؤلؤ بالميتوكوندريا”، والتي لم تحظ باهتمام كبير في السابق.

إن لؤلؤ الميتوكوندريا هو تغيير مؤقت في الشكل حيث تشكل الميتوكوندريا بنية تشبه الخرز على الخيط. خلال هذا التحول، يتم فصل مجموعات الحمض النووي الميتوكوندري وإعادة توزيعها. وهذا يسمح للنواة بالانتشار بشكل متساوٍ، مع الحفاظ على تباعدها المنتظم.

مشاهدة الميتوكوندريا في العمل

ولدراسة هذه العملية، استخدم الباحثون مجموعة من طرق التصوير المتقدمة لمراقبة الميتوكوندريا والحمض النووي الخاص بها داخل الخلايا الحية. وشملت هذه التصوير فائق الدقة، والمجهر الضوئي والإلكتروني المترابط، والمجهر التبايني الطوري.

باستخدام هذه الأدوات، تمكن الفريق من متابعة النيوكلويدات الفردية، والتقاط التغيرات السريعة في شكل الميتوكوندريا، وفهم كيفية تنظيم البنية الداخلية بشكل أفضل.

ماذا يحدث أثناء صيد اللؤلؤ

أظهر تصوير الخلايا الحية أن أحداث صيد اللؤلؤ يمكن أن تحدث عدة مرات في الدقيقة. خلال هذه اللحظات، تشكل الميتوكوندريا لفترة وجيزة انقباضات متباعدة بشكل متساوٍ على طولها. المسافة بين هذه “اللآلئ” تتطابق بشكل وثيق مع التباعد المعتاد بين النيوكلويدات.

تحتوي معظم هذه المقاطع الشبيهة بالخرز على نووية بالقرب من المركز، على الرغم من أن الهياكل يمكن أن تتشكل أيضًا دون وجود الحمض النووي الميتوكوندري.

مع استمرار العملية، غالبًا ما تنقسم المجموعات الأكبر من النيوكلويدات إلى مجموعات أصغر تستقر في اللآلئ المجاورة. عندما تعود الميتوكوندريا إلى شكلها الأنبوبي الطبيعي، تظل النيوكلويدات منفصلة، ​​مما يحافظ على توزيعها المتساوي.

ما الذي يتحكم في العملية

واستكشف الباحثون أيضًا ما الذي يحفز وينظم صيد اللؤلؤ. ومن خلال التجارب الجينية والدوائية، وجدوا أن دخول الكالسيوم إلى الميتوكوندريا يمكن أن يؤدي إلى هذه العملية. بالإضافة إلى ذلك، تساعد هياكل الغشاء الداخلي في الحفاظ على فصل النيوكلويدات.

عندما تتعطل هذه العوامل التنظيمية، تميل النيوكلويدات إلى التجمع معًا بدلاً من البقاء على مسافة متساوية.

ميزة أعيد اكتشافها للميتوكوندريا

يقول لاندوني: «منذ أن رسمت مارغريت ريد لويس رسمًا أوليًا لصيد اللؤلؤ بالميتوكوندريا في عام 1915، فقد تم رفضه إلى حد كبير باعتباره حالة شاذة مرتبطة بالإجهاد الخلوي». “بعد مرور أكثر من قرن من الزمان، ظهرت كآلية محفوظة بشكل أنيق في قلب بيولوجيا الميتوكوندريا. توفر هذه العملية البيوفيزيائية وسيلة بسيطة وفعالة في استخدام الطاقة لتوزيع جينوم الميتوكوندريا.”

لماذا يهم هذا الاكتشاف؟

تظهر النتائج أن الخلايا لا تعتمد فقط على الأنظمة الجزيئية المعقدة، ولكن أيضًا على العمليات الفيزيائية لتبقى منظمة. إن فهم كيفية عمل صيد اللؤلؤ بالميتوكوندريا وكيفية التحكم فيه يمكن أن يوفر رؤى مهمة حول الأمراض المرتبطة بالحمض النووي للميتوكوندريا.

قد تساعد هذه المعرفة في نهاية المطاف في توجيه أساليب جديدة لعلاج الحالات المرتبطة بخلل الميتوكوندريا.

المساهمين الآخرين

• الجامعة البابوية الكاثوليكية في تشيلي
• معهد هوارد هيوز الطبي
• جامعة كاليفورنيا، سان فرانسيسكو

المصدر :- Health & Medicine News — ScienceDaily

إن فهم كيفية عمل حركة اللؤلؤ في الميتوكوندريا يمكن أن يوفر رؤى جديدة لعلاج الأمراض المرتبطة بالحمض النووي، مما يفتح آفاقًا جديدة في مجال الطب.