العلماء يكتشفون نوعا جديدا من موت الخلايا مرتبط بالنحاس – ترجمة* محمد جواد آل السيد ناصر الخضراوي

Scientists discover a new kind of cell death linked to copper
(Allessandra Dicorato – بقلم: أليساندرا ديكوراتو)

ملخص المقالة:

 يرتبط  النحاس في البشر بالإنزيمات للمساعدة في تجلط الدم ونضج الهرمونات ومعالجة الخلايا للطاقة،  ولكن الكثير منه يقتل الخلايا، وقد اكتشف العلماء كيف يكون ذلك، حيث كشف الباحثون في معهد برود التابع لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وهارفارد عن شكل جديد من موت الخلايا الناجم عن النحاس. وقد وجدوا أن النحاس يرتبط بالبروتينات المتخصصة، مما يجعلها تشكل كتلا ضارة، ويتداخل أيضا مع وظيفة البروتينات الأساسية الأخرى، ما يدخل الخلايا في حالة من الإجهاد السام وتموت في النهاية.

( المقالة )

النحاس عنصر أساسي في الحياة من البكتيريا والفطريات إلى النباتات والحيوانات. وفي البشر، يرتبط بالإنزيمات للمساعدة في تجلط الدم ونضج الهرمونات ومعالجة الخلايا للطاقة. ولكن الكثير من النحاس يقتل الخلايا – والآن اكتشف العلماء كيف يكون ذلك.

وكشف الباحثون في معهد برود التابع لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وهارفارد عن شكل جديد من موت الخلايا الناجم عن النحاس. فبقيادة عالم الأبحاث الدكتور بيتر تسفيتكوف ومدير المعهد البروفيسور تود غولوب، وجد الفريق أن النحاس يرتبط بالبروتينات المتخصصة، مما يجعلها تشكل كتلا ضارة، ويتداخل أيضا مع وظيفة البروتينات الأساسية الأخرى. وتدخل الخلايا في حالة من الإجهاد السام وتموت في النهاية.

وبتسليط الضوء على المكونات الرئيسية لهذه العملية، حدد البحث أيضا الخلايا المعرضة بشكل خاص للموت الناجم عن النحاس. ويمكن أن تساعد النتائج الباحثين على فهم الأمراض التي يكون فيها النحاس غير منظم، ويمكن أن تفيد في تطوير علاجات جديدة للسرطان. وقد تم نشر البحث في مجلة “العلوم” (Science).

“النحاس سيف ذو حدين: بكمية قليلة منه تستطيع الخلايا البقاء على قيد الحياة. لكن أكثر من اللازم، تموت الخلايا. لقد كان مدى ضرر النحاس الزائد لغزا، لكننا اكتشفنا ذلك أخيرا”، كما قال البروفيسور غولوب، وهو أيضا عضو في كلية معهد دانا فاربر للسرطان وكلية الطب بجامعة هارفارد.

ناقلات النحاس

بدأ سعي البروفيسور تسفيتكوف والبروفيسور غولوب لفهم السمِّية القائمة على النحاس في عام 2019 عندما عثرا على جزيئين صغيرين ينقلان النحاس عبر أغشية الخلايا. وجدوا أن ناقلات النحاس قتلت خلايا سرطانية محددة مقاومة للأدوية. وحتى أن أحد الجزيئات، إليسكلومول (elesclomol) [١]، قد وصل إلى التجارب السريرية كدواء محتمل للسرطان، لكنه فشل في إظهار فعاليته في المرضى، حيث لم يكن معروفا في ذلك الوقت كيف يعمل هذا الجزيء.

ومع ذلك، عرف الباحثون من تجاربهم أن الجزيئات المرتبطة بالنحاس تقتل الخلايا – وأن هذا النوع من موت الخلايا يختلف عن الأشكال المعروفة الأخرى لمسارات موت الخلايا. وأراد البروفيسور تسفيتكوف أن يحفر بشكل أعمق ليعرف بالضبط كيف يقتل النحاس الخلايا السرطانية. وقال: “بمجرد أن بدأت في التعمق بجواب هذه المسألة ، سرعان ما أصبح سؤالا أساسيا جدا في علم أحياء الخلية”.

وبدأ الباحثون بشكل منهجي في اختبار الفرضية القائلة بأن سمِّية ناقلات النحاس تنبع من النحاس نفسه. وأظهروا أن العديد من جزيئات ربط النحاس المختلفة، أو الأيونوفوري (ionophores) [٢]، سببت موت الخلايا بطريقة مماثلة، وأن هذه العملية تعتمد كليا على توافر النحاس.

وعلاوة على ذلك، وجد الباحثون أن هذا النوع من موت الخلايا، الذي يسمونه داء الجنون، يختلف عن الأشكال الأخرى المدروسة جيدا. وعندما أغلق الباحثون المسارات المعروفة لموت الخلايا مثل موت الخلايا المبرمج والتهاب الفيروس، كانت الخلايا المعالجة بأيونوفورات النحاس لا تزال تموت.

وبعد ذلك، شارك الفريق في كيفية قتل ناقلات النحاس هذه للخلايا. وقد وجدوا أن الخلايا التي تعتمد على الميتوكوندريا [٣] لإنتاج الطاقة كانت أكثر حساسية لأيونوفورات النحاس بنحو 1000 مرة من الخلايا التي تستخدم معالجة الجلوكوز. وباستخدام حواجز اسقاط  كريسبر المتعددة ، حدد الفريق الجينات الرئيسية التي تسهل الموت الناجم عن النحاس.

وتشمل هذه الجينات ‘إف دي إكس 1’ (FDX1)، الذي يشفر بروتينا يستهدفه إليسكلومول، بالإضافة إلى ستة جينات تشارك في شفط الدهون بالبروتين – وهو تعديل كيميائي لعدد صغير من البروتينات في الميتوكوندريا وهو أمر ضروري لعملية التمثيل الغذائي للميتوكوندريا. ووجد الباحثون أن النحاس الذي يتم تسليمه إلى الميتوكوندريا بواسطة الأيونوفورز يرتبط مباشرة بهذه البروتينات الدهنية، مما يجبرها على تكوين سلاسل طويلة وكتل تؤدي إلى موت الخلايا.

واكتشفوا أيضا أن النحاس يتداخل مع مجموعات الحديد والكبريت، والتي تعد جزءا من العديد من الإنزيمات الأيضية الرئيسية. وأدى ذلك إلى خفض تنظيم الإنزيمات، مما دفع الخلايا إلى حالة سامة من الإجهاد التي قتلتها في نهاية المطاف.

علامات خفية

من المعروف أن جزءا من آلية موت الخلايا الجديدة هذه يحدث في البكتيريا والخميرة، لذلك يشير العلماء إلى أن دراستهم يمكن أن تلقي الضوء على مجموعة متنوعة من العمليات الأحيائية، بما في ذلك تلك الموجودة في الكائنات الحية الدقيقة التي تنتج أيونوفورات النحاس ذات الخصائص المضادة للميكروبات، وفي الأشخاص الذين يعانون من اضطرابات وراثية تنطوي على عدم تنظيم النحاس، مثل مرض ويلسون.

وعلى الرغم من أن أحد أيونوفرونات النحاس، إليسكلومول، فشل في تجربته السريرية كعلاج للسرطان، إلا أن التحليل اللاحق كشف أن الجزيء ساعد المرضى الذين تعتمد أورامهم على الميتوكوندريا لإنتاج الطاقة. والآن بعد أن وجد الفريق علامات موت الخلايا الناجم عن النحاس، يقترحون أنه يمكن استخدام إليسكلومول لعلاج مجموعة من أنواع السرطان المعرضة بشكل خاص للعملية، مثل تلك التي تعبر عن ‘إف دي إكس 1’ (FDX1).

البروفيسور تسفيتكوف متحمس لاتساع نطاق هذه القرائن وهو حريص على التعرف على الكائنات الحية الجديدة أو الأمراض التي قد يلعب فيها موت الخلايا الناجم عن النحاس دورا. ويأمل أن تلهم النتائج التي توصلوا إليها مسارات بحثية جديدة في علم أحياء الخلايا والسرطان والمضادات الحيوية. وقال: “لقد كشفنا عن آلية جديدة ووجدنا بعض العناصر التي نعتقد أنها ضرورية لهذه العملية، ولكنها تفتح الكثير من الأسئلة المهمة الأخرى التي آمل أن يتم استكشافها. هناك الكثير للقيام به”.

*تمت الترجمة بتصرف

المصدر:

https://phys.org/news/2022-03-scientists-kind-cell-death-linked.html

لمزيد من المعلومات: بيتر تسفيتكوف وآخرون، Copper induces cell death by targeting lipoylated TCA cycle proteins, Science (2022). DOI: 10.1126/science.abf0529

الهوامش:

[١] اليسكلومول هو دواء يؤدي إلى موت الخلايا المبرمج (موت الخلايا المبرمج) في الخلايا السرطانية. يتم تطويره من قبل شركتي سينتا فارماسيوتيكالز (Synta Pharmaceuticals) و غلاكسو سميث كلاين (GlaxoSmithKline) كعلاج كيميائي مساعد، وقد حصل على كل من المسار السريع ووضع الدواء اليتيم من إدارة الغذاء والدواء في الولايات المتحدة لعلاج سرطان الجلد النقيلي. ويكيبيديا.

[٢] الأيونوفور هو نوع كيميائي يربط الأيونات بشكل عكسي. العديد من حاملات الأيونات عبارة عن كيانات تذوب في الدهون وتنقل الأيونات عبر غشاء الخلية. ويكيبيديا.

[٣] الميتوكوندريون هو عضيات مزدوجة الغشاء موجودة في معظم الكائنات حقيقية النواة. تولد الميتوكوندريا معظم إمدادات الخلية من الأدينوزين ثلاثي الفوسفات (Adenosine Triphosphate (ATP))، والتي تستخدم لاحقا كمصدر للطاقة الكيميائية، وذلك باستخدام طاقة الأكسجين المنبعث في التنفس الهوائي في الغشاء الداخلي للميتوكوندريا. تم اكتشافها لأول مرة من قبل ألبرت فون كوليكر في عام 1857 في العضلات الطوعية للحشرات. صاغ كارل بيندا مصطلح الميتوكوندريون في عام 1898. يطلق على الميتوكوندريا شعبيا اسم “قوة الخلية”، وهي عبارة صاغها فيليب سيكيفتز في مقال يحمل نفس الاسم عام 1957. ويكيبيديا.