املاء عملية التمثيل الغذائي للميتوكوندريا معدل نمو الخلايا العصبية
مصر: ايهاب محمد زايد
توصلت دراسة إلى أن تغيير معدل التنفس في الميتوكوندريا يغير سرعة نمو الخلايا العصبية ، مما يجعل الخلايا العصبية في الفئران تنمو بشكل أشبه بالخلايا البشرية والعكس صحيح.
تنمو أدمغة الإنسان ببطء غير عادي – وهي سمة يتكهن العديد من علماء الأعصاب بأنها مرتبطة بذكائنا المميز. لكن كيف ولماذا يستغرق نمو الخلايا العصبية البشرية سنوات حتى تنمو عصب الفأر لأسابيع فقط ، فما زال غير واضح. الآن ، اكتشف العلماء جزءًا واحدًا من اللغز:
يتم التوسط في نمو الخلايا العصبية من خلال التمثيل الغذائي للميتوكوندريا ، وفقًا لدراسة أجريت في 26 يناير في مجلة Science. يقول مؤلفو الدراسة إنه لا يمكن أن يساعد فقط في الإجابة على الأسئلة الأساسية حول نمو الدماغ ، فإنه يمكن أن يوسع خيارات العلاج لاضطرابات النمو.
تقول سوزانا هيركولانو هوزيل ، عالمة الأحياء وعالمة الأعصاب في جامعة فاندربيلت والتي لم تشارك في البحث: “هذه هي الدراسة الأكثر إثارة التي قرأتها منذ فترة”. “إنه يفتح طريقًا للعثور على إجابات ، ما هو بالنسبة لي ، أحد أكبر الأسئلة التي لدينا: ما الذي يجعل المخ المختلف متغيرة؟”
بالنسبة لكبير مؤلفي الدراسة وعالم الأحياء التطوري بيير فاندرهاغن ، فإن السبب الكامن وراء النمو المطول للخلايا العصبية البشرية كان بعيد المنال لفترة طويلة.
منذ ما يقرب من عقد من الزمان ، وضع هو وزملاؤه في جامعة بروكسل الحرة في بلجيكا الخلايا العصبية القشرية البشرية داخل أدمغة الفئران ، متوقعين أن تنمو بشكل أسرع.
ولكن لدهشتهم ، كانت الخلايا العصبية البشرية لا تزال تنمو ببطء عند زرعها. هذا يشير إلى Vanderhaeghen ، الذي يعمل أيضًا في معهد فلاندرز للتكنولوجيا الحيوية والجامعة الكاثوليكية في لوفين ، أن سبب النمو الجليدي للخلايا العصبية كان جوهريًا في الخلية العصبية نفسها وليس نتيجة لإشارات من الدماغ المحيط ، كما يوضح بحديثه
علاوة على ذلك ، لاحظ هو وزملاؤه في ذلك الوقت أن كل جانب من جوانب الخلية العصبية ، من التشعبات إلى نقاط الاشتباك العصبي الخاصة بها ، ينمو بشكل متزامن ، مما يشير إلى أن النمو ينظمه مكون أساسي في كل مكان للخلية.
افترض بحث آخر أن الميتوكوندريا قد تلعب بطريقة ما أدوارًا مهمة في تطور الخلايا. لذلك شرع هو وفريقه في التحقيق فيما إذا كانت الميتوكوندريا متورطة في تنظيم نمو الخلايا العصبية.
أولاً ، على الرغم من ذلك ، كانوا بحاجة إلى التأكد من قدرتهم على تحديد عمر أي خلية عصبية معينة بدقة. إن معرفة عمر الخلية العصبية أمر حيوي لقياس نموها بمرور الوقت ، ولكن الحصول على تاريخ ميلاد محدد لكل خلية عصبية كان أقرب إلى المستحيل ، كما يوضح فاندرهاغن ، حيث لا تتطور الخلايا العصبية بنفس معدل نمو بعضها البعض ، حتى عندما تكون الخلايا الجذعية الأصلية.
يتم إنشاؤها في نفس الوقت. ومع ذلك ، لا يمكن أن تصبح الخلايا الجذعية خلايا عصبية إلا بعد تنشيط المحفز NeuroD1. لذلك ابتكر فاندرهايجن وزملاؤه أداة وراثية تستخدم إنزيم recombinase هندسيًا يسمى CreER والذي يحدد متى يتم تشغيل NeuroD1 ويقوم فورًا بوضع علامات على الخلية العصبية – بشكل أساسي علامة “مولدها”.
مع القدرة على تحديد تاريخ الخلايا العصبية ، يمكن أن يبدأ فاندرهاغن وفريقه في اختبار تأثير الميتوكوندريا على معدلات نمو الخلايا العصبية.
في البداية ، كما يقول فاندرهاغن ، فحص الفريق مورفولوجيا الميتوكوندريا وعلم الوراثة. ولكن بدافع الشغف ، قرروا أيضًا النظر في معدلات تنفس العضيات – بشكل أساسي ، مقدار الأكسجين الذي تستهلكه ، وهو أيضًا مقياس لمقدار الوقود الخلوي الذي تنتجه.
استخدموا التصوير بالأكسجين لرصد كمية الأكسجين التي تدخلها الخلايا العصبية للفأر في العشرين يومًا الأولى بعد ولادتهم – وقد صُدموا عندما اكتشفوا أنه بعد أسبوعين ، نما معدل استهلاك الأكسجين للخلايا العصبية إلى ما يقرب من عشرة أضعاف معدل استهلاك الخلايا العصبية البشرية.
يقول فاندرهاغن إن كل شيء وقع في مكانه. عرف الفريق أن بإمكانهم التلاعب بالتنفس الدوائي في الميتوكوندريا ، لذلك قاموا بتسريع عملية التمثيل الغذائي في الخلايا العصبية القشرية البشرية في المختبر.
يتذكر فاندرهاغن لحظة في المختبر ينظر فيها إلى الخلايا العصبية. في عمر أسابيع قليلة فقط ، كانت الخلايا العصبية القشرية المتسارعة أكثر نضجًا من الخلايا العصبية البشرية العادية.
اختبر العلماء نفس المبدأ في الجسم الحي ، مما أدى إلى تسريع عملية التمثيل الغذائي للميتوكوندريا في الخلايا العصبية البشرية وزرعها في الفئران ، بالإضافة إلى إبطاء عملية التمثيل الغذائي للميتوكوندريا في الخلايا العصبية للفئران في كل من المزرعة وداخل أدمغة الفئران. النتائج من داخل وخارج الدماغ على حد سواء محاذاة: الخلايا العصبية البشرية مع زيادة معدلات التمثيل الغذائي نمت بشكل أسرع من الطبيعي ، والخلايا العصبية للفأر مع انخفاض معدلات التمثيل الغذائي للميتوكوندريا أظهرت نموًا أبطأ.
يفترض العديد من العلماء أن النمو البطيء للدماغ البشري هو جزء مما يسمح بقدراتنا العقلية الفريدة. يفترض فاندرهاغن أن معرفة أن منظم الأيض يمكنه إبطاء أو تسريع هذا النمو سيسمح بإجراء مزيد من الدراسات حول ما يجعلنا بشرًا.
ويضيف أن استهداف التمثيل الغذائي للميتوكوندريا يمكن أن يؤخذ في الاعتبار يومًا ما في علاج بعض اضطرابات النمو ، والتي يمكن أن تنشأ من نمو الدماغ إما بسرعة كبيرة أو بطيئة للغاية.
ومع ذلك ، يؤكد أن هذه الدراسة ليست سوى البداية. يقول: “سأكون ساذجًا للغاية إذا اعتقدت أن الميتوكوندريا هي الحل [الوحيد]” لحل المشكلات المتعلقة بتوقيت النمو.
“الميتوكوندريا هي مجرد آلية واحدة ، وربما سيكون هناك العديد من الآليات الأخرى
“ماذا يحدث إذا لعبت بنقل الطاقة في دماغ نامٍ؟ هل تؤثر بشكل مباشر على حجم الدماغ؟ هل تؤثر على عدد الخلايا العصبية التي يتم إنشاؤها؟ هذه كلها أسئلة أساسية ، ويمكن طرحها جميعًا الآن
