علوم القطيف مقالات علمية في شتى المجالات العلمية
Researchers find ‘cellular compass’ guides stem cell division in plants
(By: TAYLOR KUBOTA)
لاحظ علماء الأحياء الذين راقبوا تكوين الأوراق أن النوى تتحرك بطرق محيرة، وكشفت التحقيقات الإضافية عن البروتينات التي تعمل كبوصلات ومحركات، وتوجه انقسامات الخلايا الفردية لإنشاء النمط العام للورقة.
الخلايا الجذعية المكلفة بتكوين الأنسجة البيولوجية والحفاظ عليها لها مهمة صعبة، حيث يجب أن ينقسموا بدقة لتشكيل خلايا متخصصة جديدة، والتي تتجه إلى مصائر مختلفة على الرغم من أنها تحتوي على حمض نووي متطابق. إذًا، السؤال الواضح هو: كيف تنقسم الخلايا بكل الطرق الصحيحة لإنتاج نسيج سليم؟ كان هذا هو السؤال المحفز الأكبر لأندرو موروياما، باحث ما بعد الدكتوراه في مختبر عالمة الأحياء بجامعة ستانفورد دومينيك بيرجمان، حيث كان يراقب أيام تطور الأوراق في النبات المزهر ارادبيدوبسيس ثاليانا (Arabidopsis thaliana). هناك، من بين آلاف الخلايا الموجودة تحت مجهره، لاحظ أن النواة – مركز التحكم المحتوي على الحمض النووي في الخلية – تتحرك بطرق غير متوقعة وهادفة بشكل غريب مع انقسام الخلايا الجذعية.
وقد حدد بحث سابق من مختبر بيرجمان مجموعة من البروتينات التي تنتقل إلى جانب واحد من الخلية الجذعية قبل الانقسام. ويبدو أن هذه البروتينات تنظم كيفية انقسام الخلايا الجذعية، لكن آليات التحكم الفعلية لم تكن معروفة، وتبين أن هذه النوى المتحركة هي مفتاح هذا اللغز.
وفي ورقة بحثية [١] نُشرت في 17 سبتمبر 2020 في نشرة البيولوجيا الحالية (Current Biology) ، ذكر الباحثون [٢] [٣] أن هذه البروتينات الموزعة بشكل غير متماثل تعمل كبوصلة داخل الخلية لتوجيه النواة إلى أين تذهب. وبدوره، يتحكم الوضع النووي في أنماط انقسامات الخلايا الجذعية، والتي تخلق في النهاية مسامًا صغيرة، تسمى الثغور، في جميع أنحاء سطح الورقة. ونظرًا لأن الثغور تسمح للأوراق بموازنة مستويات الماء وثاني أكسيد الكربون، فإن المحاذاة النووية عبر بوصلات البروتين المصغرة في داخل هذه الخلايا الجذعية الفردية لديها القدرة على التأثير على وظيفة الأوراق.
وقال موروياما، المؤلف الرئيسي للورقة البحثية: “أعتقد أن بحثنا يسلط الضوء على أن القدرة على مراقبة سلوك الآلات الخلوية داخل الكائنات الحية يمكن أن تكشف عن طرق أنيقة بشكل غير متوقع تتعاون فيها الخلايا الفردية لبناء الأنسجة” ، وتابع “وقد تعتقد أن شيئًا أساسيًا مثل الانقسام الخلوي سيتم حله تمامًا الآن، ولكن لا يزال هناك الكثير لنتعلمه”.
اتبع النواة المرتدة
يحول مختبر بيرجمان من نبات الأرابيدوبسيس إلى فن الفلوري تحت المجهر، حيث تتلوى النوى الخضراء الزاهية داخل أغشية الخلايا الأرجوانية، فعند المراقبة عن كثب، كما فعل موروياما، سترى العملية المعتادة لانقسام الخلايا غير المتماثل: عندما تنقسم خلية جذعية في أرابيدوبسيس الجذعية أولاً، تتحرك النواة إلى جانب واحد، وبهذه الطريقة، ستكون الخلايا الوليدة الناتجة مختلفة الأحجام وستواجه جيرانًا مختلفين. وفي النهاية، من المقرر أن تلعب هاتان الخليتان أدوارًا مختلفة في النمط النهائي المعقد للورقة.
لكن استمر في المشاهدة وستتحرك نواة خلية ابنة واحدة مرة أخرى، مسرعة إلى الجانب الآخر من الخلية حيث ستخضع لانقسام ثانٍ غير متماثل.
قالت بيرجمان، أستاذ علم الأحياء في كلية العلوم الإنسانية وكبير مؤلفي البحث [٤]: “عندما عرض أندرو علي مقاطع الفيديو الخاصة بالخلايا، كان الأمر غريبًا للغاية”. وتابعت: “فكرت، لماذا تتصرف النواة على الأرض بهذه الطريقة؟ فالخطوة الأولى منطقية ولكن الثانية، في الاتجاه المعاكس تمامًا، كانت غريبة”. وقد أجرى الباحثون عدة تجارب لفصل العوامل المختلفة التي تؤثر على الخلايا أثناء الانقسام من أجل فهم ما يرونه.
وكان الباحثون يعرفون بالفعل البوصلة الخلوية لكنهم لم يكونوا متأكدين مما توجهه أو كيف تعمل. ومن خلال صد النواة قبل التقسيم الأول، تخلق البوصلة المجموعة الأولى من البنات غير المتماثلة. ولكن من خلال جذب النواة بعد ذلك مباشرة، يمكن للبوصلة إنشاء مجموعة جديدة من البنات غير المتماثلات على الجانب الآخر.
وقال موروياما: “كانت الخطوة الحاسمة لفهم وظيفة الهجرة الثانية هي التفكير في التاريخ الأطول للخلايا الجذعية، فالنبات لا يريد إنتاج خلايا جذعية جديدة بجوار الخلايا التي تم إنشاؤها للتو، وانما تريد تباعدهما، لذا فإن نقل النواة مباشرة بعد التقسيم يهيئها للنجاح عند إنشاء مجموعة ثانية من البنات”.
وقد اكتشف الباحثون أيضًا بروتينًا يساعد في الحركة النووية – فَكِرْ في محرك يعمل على تغذية النواة في الاتجاه الصحيح. وأدى تعطيل هذا المحرك إلى منع الهجرة الثانية للنواة، وكان للأوراق الناتجة ثغور أقل من المعتاد، مما قد يضعف قدرة النبات على تنظيم محتوى الماء واستيعاب ثاني أكسيد الكربون.
ومن المعروف أيضًا أن الخلايا الموجودة على سطح الورقة تتواصل مع بعضها البعض لتنظيم انقسامات الخلايا الجذعية. وبدافع الفضول حول ما إذا كانت البوصلة الخلوية أو الاتصال من خلية إلى خلية هو المؤشر السائد للتحكم في كيفية انقسام الخلايا الجذعية، قام الباحثون بتعديل الخلايا بحيث لا يمكنها تلقي إشارات من الخلايا المجاورة وشاهدوا النوى المرتدة. وبدون هذا الاتصال، تظهر البوصلة في المكان الخطأ داخل الخلية، ولكن لا يزال بإمكانها تحريك النواة بطرق يمكن التنبؤ بها. وأظهر هذا أنه عندما يتعلق الأمر بالخلايا الجذعية الورقية، فإن النواة ستتبع تعليمات البوصلة الخلوية، حتى لو كانت توجهها بشكل خاطئ.
انقسامات الخلية أثناء تكوين الأوراق؛ العريضة الخلوية تظهر باللون الأرجواني، والحمض النووي يظهر باللون الأخضر على مدى خمس ساعات من تطور الأوراق.
إثبات خطئهم
كخطوة تالية، يقوم أحد طلاب الدراسات العليا في مختبر بيرجمان بالتعمق أكثر في الغرض من البوصلة الخلوية، مع اهتمام خاص بالطرق المختلفة التي يمكن أن تتحكم بها هذه البوصلة في انقسامات الخلية ومصيرها. وعلى نطاق أوسع، تشير هذه النتائج إلى طريقة مختلفة لدراسة الخلايا الجذعية تركز بشكل أقل حصريًا على رحلة خلية واحدة. وفي بعض الأنظمة، قد تكون التقسيمات الفردية التي يبدو أنها تحدد حياة الخلية ذات معنى فقط بالنظر إلى ما يحدث بعد ذلك وفي الجوار.
وقالت بيرجمان: “إذا نظرنا إلى الوراء 10 سنوات فيما اعتقدنا أنه مهم للخلية الجذعية، فقد أثبتنا أننا مخطئون إلى حد كبير”. وأضافت: “لقد ركزنا بشدة على تفاصيل ما تفعله خلية جذعية واحدة في وقت ومكان محددين، أما الآن فنحن نفهم أن التاريخ والمجتمع مهمان، وعلينا أن ننظر إلى الخلية الجذعية وأمها وجدتها وجيرانها”.
*تمت الترجمة بتصرف
المصدر:
https://news.stanford.edu/2020/09/17/cellular-compass-guides-plant-stem-cell-division
الهوامش:
[١] https://www.cell.com/current-biology/fulltext/S0960-9822(20)31290-2 [٢] يان جونج: طالب الدراسات العليا وهو مؤلف مشارك للورقة. [٣] البروفيسور دومينيك بيرجمان: المؤلف الرئيس للورقة العلمية وهي أيضًا عضو في ستانفورد بيو إكس Bio X ومعهد ستانفورد للسرطان، ومحقق في معهد هوارد هيوز الطبي. [٤] تم تمويل هذا البحث من قبل المعاهد الوطنية للصحة وجامعة ستانفورد ومعهد هوارد هيوز الطبي.