علماء يكشفون عن الصور الأولى لإطلاق خلية تبني “طريقها الجزيئي السريع”!!

حقق فريق من الباحثين في إسبانيا إنجازًا مهمًا بالتقاطهم لأولى الصور المفصلة عالميًا لشبكة النقل السريع داخل الخلية البشرية، التي بدأت تتشكل. توفر هذه الصور والأفلام عالية الدقة، ذات القياس الذري، فهمًا جديدًا للغز قديم يتعلق بكيفية تكون الهياكل الصغيرة، المعروفة بالأنابيب الدقيقة، أثناء انقسام الخلايا. قد يمهد هذا الاكتشاف الطريق نحو تطوير علاجات مستهدفة للسرطان وأمراض أخرى متعددة.

يشير توماس ساري، عالم الكيمياء الحيوية بمركز التنظيم الجينومي في برشلونة، إلى أن الأنابيب الدقيقة تشكل مكونات حيوية للخلية. ويضيف أن الصور المعتادة في الكتب المدرسية، التي تصور اللحظات الأولى لتكون هذه الأنابيب، هي في الغالب نماذج تخطيطية أو رسوم متحركة مستندة إلى الهياكل الموجودة في الخميرة. "الآن، بعد أن رصدنا هذه العملية مباشرةً داخل الخلايا البشرية وعرفنا مظهرها الحقيقي، بات بإمكاننا استكشاف كيفية تنظيمها. ونظرًا للأهمية الكبرى للأنابيب الدقيقة في بيولوجيا الخلية، فإن هذا الاكتشاف قد يفتح آفاقًا جديدة لطرق علاجية مبتكرة لمجموعة واسعة من الاضطرابات.

تلعب الأنابيب الدقيقة دورًا مشابهًا للطرق السريعة داخل الخلية، حيث تنقل المكونات المختلفة بين مناطق الخلية المتنوعة. كما أنها تساهم بشكل حاسم في عملية انقسام الخلايا، من خلال تشكيل الروابط التي تربط وتفصل الكروموسومات المكررة، مما يتيح الانقسام الخلوي إلى قسمين.

يتم بناء الأنابيب الدقيقة من خلال عملية تسمى نواة الأنابيب الدقيقة، حيث يتم تجميعها من بروتينات تعرف بالتوبولينات بواسطة هيكل يسمى مجمع حلقات جاما توبولين (γ-TuRC)، الذي يعمل كنموذج يحدد تكوينها. ظهر لغز عندما اكتشف الباحثون أن البنية البشرية لـ γ-TuRC تكشف عن أربعة عشر صفًا من الأنابيب، بدلاً من ثلاثة عشر المتوقعة لتشغيل الأنابيب الدقيقة بشكل صحيح، وأن هيكل γ-TuRC الحلقي يظهر مفتوحًا بدلاً من أن يكون مغلقًا كما كان يُتوقع.

ساهمت الصور الأولية عالية الدقة لكل من γ-TuRC والأنابيب الدقيقة في حل هذا اللغز. واضطر الفريق لإبطاء العملية السريعة ليتمكنوا من مشاهدتها في المختبر.

تشرح كلوديا بريتو، عالمة الأحياء الخلوية بمركز التنظيم الجينومي، الصعوبات التي واجهتها في البحث قائلة: "كان علينا أن نجد الظروف التي تسمح لنا بتصوير أكثر من مليون أنبوب دقيق خلال عملية النواة قبل أن تنمو إلى طول يحجب فعالية γ-TuRC". "وقد نجحنا في ذلك من خلال استخدام الأدوات الجزيئية المتاحة في مختبرنا ومن ثم تجميد الأنابيب الدقيقة في أماكنها".

لتحديد البنية ثلاثية الأبعاد لـ γ-TuRC خلال تكوين الأنابيب الدقيقة، استخدم الباحثون المجهر الإلكتروني المبرد وتقنيات متقدمة لمعالجة الصور. وقد وجدوا أن γ-TuRC يخضع لتغير في الشكل عند بدء عملية التنوي ونمو الأنابيب الدقيقة، حيث يغلق بذكاء ويخزن أنبوبًا واحدًا بعيدًا، مما يتيح تطابقه مع تصميم الأنابيب الدقيقة. كما تم اكتشاف آلية مزلاج جديدة تكشف عن كيفية مساعدة الأنابيب الدقيقة المتنامية لقالب γ-TuRC على تحقيق الشكل الصحيح.

يذكر أوسكار لوركا، عالم الأحياء البنيوية بالمركز الوطني الإسباني لأبحاث السرطان، أنهم تمكنوا من رصد العملية التي يبدأ فيها تكوين الأنابيب الدقيقة، ولاحظوا أن مجمع حلقات جاما توبولين (γ-TuRC) البشري يتخذ في البداية شكل حلقة مفتوحة تنغلق بعد ذلك، لتتشكل بما يشبه النموذج المثالي لنواة الأنابيب الدقيقة.

يضيف لوركا قائلًا إنهم اكتشفوا كذلك أن إغلاق هذه الحلقة يستلزم وضع الوحدة الأولى من الأنابيب الدقيقة في مكانها بدقة. فعند تحقق ذلك، تعمل منطقة محددة من γ-TuRC البشري كمرساة تثبت هذه الوحدة الأولى، مما يؤدي إلى إغلاق الحلقة وبدء عملية تكوين الأنابيب الدقيقة.

ترتبط الأنابيب الدقيقة بعدد من المشكلات الصحية، بما في ذلك السرطان. كما يمكن أن يؤدي الاضطراب في وظيفتها إلى تفاقم أمراض مثل الربو وأمراض القلب، وقد تسهم في تطور الاضطرابات التنكسية العصبية.

على الرغم من أن الأنابيب الدقيقة تعد هدفًا لبعض العلاجات الخاصة بالسرطان، إلا أن هذه الأدوية قد تؤثر سلبًا على الخلايا السليمة أيضًا، وقد تطور الأورام مقاومة لها مع مرور الوقت. لذا، فإن زيادة معرفتنا بالأنابيب الدقيقة وعملية تكوينها تعتبر مسألة بالغة الأهمية.

يشرح توماس ساري: "بما أن الأبحاث الإضافية توضح كيف ترتبط العوامل التنظيمية بمجمع حلقات جاما توبولين وتؤثر على التغيرات التوافقية خلال عملية النواة، فإن فهمنا لآلية عمل الأنابيب الدقيقة قد يتغير، مما قد يقدم أهدافًا بديلة يمكن استهدافها لمنع الخلايا السرطانية من إكمال دورة الخلية."