الجينات التي جعلتنا بشرًا حقًا قد تصيبنا بالمرض أيضًا
مصر:إيهاب محمد زايد
إن التغيرات في جيناتنا منذ أن تطور أسلافنا والقردة من سلف مشترك ساعدتنا على تطوير أدمغة أكبر والمشي بشكل مستقيم. ولكن هل كان لديهم أيضًا جانب سلبي؟
على مدى الخمسة عشر مليون سنة الماضية، اكتسب أسلافنا التغيرات الجينية التي جعلتنا بشرا في نهاية المطاف، وفصلتنا عن أقرب أقربائنا الأحياء – الشمبانزي وغيره من القردة العليا.
تضاعف حجم أدمغة أسلافنا أربع مرات، مما سمح بمرونة سلوكية أكبر، في حين ساهمت التعديلات في اللسان والأحبال الصوتية في تطوير الكلام واللغة البشرية. اكتسب البشر القدماء تعديلات في الهيكل العظمي والعضلات والمفاصل، مما سمح لهم بالمشي بشكل مستقيم، والتحرك عبر مسافات كبيرة، والإمساك بالأسلحة المقذوفة ورميها.
ومع ذلك، على الرغم من أن هذه التغيرات الجينية السريعة ربما ساعدتنا في السابق على التكيف مع بيئتنا، إلا أن العلماء يعتقدون الآن أنها ربما زادت من خطر الإصابة بأمراض مثل مرض الزهايمر والفصام والاضطراب ثنائي القطب والسكري والتهاب المفاصل العظمي.
عندما تفكر في ما يعنيه أن تكون إنسانًا، فإن أول ما يتبادر إلى ذهنك هو المشي على قدمين. المشي منتصبا على قدمين أعطى أسلافنا ميزة، حيث ساعدهم على حمل الطعام واستخدام الأدوات، وتتبع واصطياد الحيوانات المهاجرة عبر مسافات طويلة. طور البشر القدرة على المشي على قدمين بسرعة كبيرة بعد انفصالهم عن آخر سلف مشترك للشمبانزي. وبحلول الوقت الذي سكن فيه الإنسان المنتصب شرق أفريقيا قبل 1.9 مليون سنة، كان البشر يسيرون على قدمين بشكل كامل.
ومع ذلك، كانت بعض التعديلات التشريحية في الركبة ضرورية قبل أن يتمكن أسلافنا من المشي على قدمين. الركبة البشرية أكثر سمكًا من ركبة الشمبانزي، ومدعومة بالكثير من الأسطح العظمية والغضاريف الإضافية لجعلها أقوى.
يقول تيرينس دي كابيليني، أستاذ علم الأحياء التطوري البشري في جامعة هارفارد: “مفاصل الركبة لدى الشمبانزي مختلفة تماما عن ركبتنا، لأنها تمشي على مفاصلها – فهي لا تقف على قدمين، ويتم توزيع وزنها بشكل مختلف”.
Getty Images حدد العلماء أكثر من 30 نسخة جينية فريدة لجنسنا البشري (مصدر الصورة: Getty Images)
حدد العلماء أكثر من 30 نسخة جينية فريدة لجنسنا البشري (مصدر الصورة Getty Images)
“يقع مركز كتلتنا مباشرة فوق الوركين، وبالتالي فإن الوزن ينزل مباشرة عبر أرجلنا وركبنا. لقد تم تصميم ركبنا بحيث يتم تحميل الوزن بشكل مستقيم للأسفل.”
ويعتقد كابيليني أنه نظرا لأهمية الركبة بالنسبة للبشر، فمن الممكن العثور على آثار لتطورها في الجينوم. وفي دراسة أجريت عام 2020، أخذ فريقه خلايا غضروفية من أجنة الفئران والأجنة البشرية. تم أخذ الغضروف من المكان المحدد، وفي الوقت المحدد، الذي بدأت فيه الركبة بالتطور وتكوين شكلها عند الجنين. ثم قاموا بتسلسل الحمض النووي للخلايا، بحثًا عن شيء يعرف باسم “المناطق البشرية المتسارعة”، أو هارس.
هارز هي أماكن في الجينوم حيث يكون التسلسل هو نفسه تمامًا – أو مشابه جدًا – في الشمبانزي، وإنسان الغاب، والرئيسيات الأخرى، ولكنه مختلف تمامًا عند البشر. وبعبارة أخرى، فهي أماكن جيدة للبحث عن “الجينات التي جعلتنا بشرا”.
وجدت دراسة كابيليني وفرة من Hars الموجودة في المفاتيح التنظيمية التي تتحكم في شكل وبيولوجية الركبة النامية. وبدلا من تشفير البروتينات مباشرة، تتحكم المفاتيح التنظيمية في التعبير عن جينات أخرى.
نفس الجينات التي تتحكم في شكل الركبة في الأجنة النامية تم تحورها في المرضى الذين يعانون من هشاشة العظام
يقول كابيليني: “إذا كان الجين يشبه المصباح الكهربائي، فإن المفتاح التنظيمي يشبه مفتاح الضوء”.
وكعنصر تحكم، قاموا أيضًا بتسلسل الحمض النووي للخلايا من مناطق أخرى من الهيكل العظمي النامي، مثل المرفق والكاحل والكتف. تم العثور على عدد أقل بكثير من Hars في هذه المناطق. وهذا يشير إلى أن المفاتيح التي تتحكم في شكل الركبة شهدت تطوراً سريعاً عند الإنسان مقارنة بالمفاتيح التي تتحكم في مناطق أخرى من الهيكل العظمي.
ومع ذلك، يبدو أنه بعد هذه الاندفاعة من التطور، توقفت المفاتيح عن التحول بسرعة. عندما نظر كابيليني إلى جينومات البشر الأحياء، كان هناك القليل جدًا من التنوع الجيني في “تبديل شكل الركبة”. وهذا أمر منطقي، لأن وجود ركبة وظيفية كان أمرًا حيويًا لقدرة أسلافنا على المشي. وبمجرد أن وصل التطور إلى شكل جيد للركبة، أصبح إجراء المزيد من التغييرات غير مرغوب فيه.
إذن ما علاقة هذا بالأمراض التي تصيب الإنسان؟ حسنًا، في الجزء الأخير من اللغز، قام كابيليني وطالب الدراسات العليا دانييل ريتشارد بمراجعة الدراسات السابقة التي رسمت خريطة الجينوم للمرضى الذين يعانون من هشاشة العظام، وهي حالة تنكسية تسبب آلام المفاصل وتيبسها. ووجدوا أن نفس الجينات التي تتحكم في شكل الركبة في الأجنة النامية قد تحورت في بات
المصابين بهشاشة العظام مقارنة بعامة السكان. وبعبارة أخرى، فإن نفس الجينات التي تساعدنا على المشي على قدمين ترتبط الآن بزيادة خطر الإصابة بهشاشة العظام.
بمجرد وصول التطور البشري إلى مفصل ركبة فعال، لم يتم التسامح مع المزيد من الطفرات المفرطة بمجرد وصول التطور البشري إلى مفصل ركبة فعال، لم يتم التسامح مع المزيد من الطفرات المفرطة
يقول كابيليني: “لقد خضعت مخططات بناء الركبة لاختيار مكثف لبناء ركبة بشكل صحيح، ولم يتم التسامح مع المزيد من الطفرات المفرطة”.
“ومع ذلك، في بعض الأحيان، تؤدي الطفرات الصغيرة والبسيطة في تلك المفاتيح إلى اختلاف هذه الأشكال قليلًا، أو أنها تغير بيولوجيا الركبة بشكل طفيف فقط. وهذه البيولوجيا المتغيرة يمكن تحملها عندما تكون صغيرًا، حيث يكون لديك تنسيق عصبي عضلي قوي ويمكنك المشي بشكل جيد. ولكن عندما تتقدم في السن وتكتسب بعض الوزن أو تضعف عضلاتك قليلًا، فمن المحتمل أن تبدأ هذه الاختلافات في الشكل في إحداث تأثير.”
أدمغة أكبر
خضع البشر لسلسلة من التغيرات التطورية السريعة التي سمحت لنا بنمو أدمغة أكبر، مع وجود المزيد من الخلايا العصبية المخصصة للقشرة الدماغية الخارجية – المنطقة المسؤولة عن التفكير المعرفي العالي المستوى. في الواقع، تضاعف حجم الدماغ البشري أربع مرات تقريبًا خلال ستة ملايين سنة منذ أن تقاسم الإنسان العاقل سلفًا مشتركًا مع الشمبانزي.
ومع ذلك، فإن العديد من التعديلات الجينية التي مكنت هذه التغييرات ترتبط الآن باضطرابات مثل التوحد والفصام، وفقا لأبحاث حديثة.
على سبيل المثال، في عام 2018، حدد فريقان من الباحثين عائلة الجينات، Notch2NL، التي يبدو أنها تلعب دورًا مهمًا في تطور القشرة الدماغية لدى البشر، وربما كانت قوة دافعة في تطور أدمغتنا الكبيرة.
إما أن الجين الجديد لم يتمكن من التعبير عنه، أو أنه قام بتكوين بروتين غير مستقر – صوفي سلامة
مسار إشارات الشق هو نظام قديم يستخدم في جميع الحيوانات للتحكم في مصير الخلايا الجذعية في الجنين، وتوجيه ما إذا كانت تنقسم وتنمو لتشكل خلايا جذعية جديدة، أو تتمايز إلى خلايا أكثر تخصصًا، أو تموت. ومع ذلك، فإن جين Notch2NL المحدد موجود فقط في البشر، وهو غائب عن الحمض النووي للشمبانزي، وإنسان الغاب، والقردة العليا الأخرى.
تقول صوفي سلامة، أستاذة علم الأحياء الجزيئي والخلوي والتنموي في جامعة كاليفورنيا: “الأمر المذهل في تاريخ Notch2NL هو أنه كان هناك بالفعل حدث أصلي حدث في سلفنا المشترك مع الغوريلا، حيث تم تكرار جين Notch2 الأصلي”. كاليفورنيا سانتا كروز، الذي شارك في إحدى الدراسات البحثية.
ازدواجية الجينات القطاعية هي عملية يتم من خلالها نسخ جزء من الجينوم. يتم بعد ذلك نقل النسخة الجديدة إلى مكان آخر في الجينوم، تاركين وراءهم قسمين متشابهين للغاية من الحمض النووي.
Getty Images مر البشر بسلسلة من التغيرات التطورية السريعة التي أتاحت لنا نمو أدمغة أكبر بالإضافة إلى المشي بشكل مستقيم على قدمين
لقد مر البشر بسلسلة من التغيرات التطورية السريعة التي سمحت لنا بنمو أدمغة أكبر وكذلك المشي بشكل مستقيم على قدمين
يقول سلامة: “يبدو بناءً على تحليلنا أن حدث التضاعف الأولي كان بمثابة شيء ميت عند وصوله، وأن الجين الجديد إما لم يتمكن من التعبير عنه، أو أنه أنشأ بروتينًا غير مستقر”.
ثم في السلالة البشرية منذ حوالي ثلاثة إلى أربعة ملايين سنة، تم تغيير الجين مرة أخرى من خلال عملية تعرف باسم تحويل الجينات. هذه المرة كانت النسخة الجديدة – Notch2NL – فعالة.
يقول سلامة: “هذا وقت مثير للاهتمام في تاريخنا التطوري، لأنه إذا نظرت إلى السجل الأحفوري، فهذا كان قبل حدوث هذه الزيادة الهائلة في حجم الدماغ”.
فكيف يمكن أن يؤدي Notch2NL إلى أدمغة أكبر؟ ويؤخر هذا الجين الخلايا الجذعية الموجودة في قشرة الدماغ من التحول إلى خلايا عصبية. وبدلا من ذلك، تستمر الخلايا الجذعية في الانقسام وإنتاج المزيد من الخلايا الجذعية. يؤدي هذا في النهاية إلى إنتاج المزيد من الخلايا العصبية وأدمغة أكبر.
ربما تكون ازدواجية الجينات مثل تلك التي أدت إلى SRGAP2C وNotch2NL قد جعلتنا عرضة للإصابة بالاضطرابات العصبية والنفسية
Notch2NL ليس المثال الوحيد الذي تم فيه تكرار الجينات في البشر. لقد حدد العلماء أكثر من 30 نسخة جينية فريدة لجنسنا البشري. يعتقد البعض أن هذه الازدواجية يمكن أن تكون مسؤولة عن بعض سماتنا البشرية الفريدة.
على سبيل المثال، في عام 2012، اكتشف الباحثون في معهد زوكرمان في كولومبيا أن البشر لديهم شكل فريد ومكرر من جين SRGAP، والذي أطلقوا عليه اسم SRGAP2C.
تلعب جينات SRGAP دورًا حاسمًا في التحكم في عدد الوصلات، المعروفة باسم المشابك العصبية، التي تصنعها الخلية العصبية مع الخلايا المجاورة لها. كلما زاد عدد نقاط الاشتباك العصبي في الخلية العصبية، زادت المعلومات التي يمكنها معالجتها. يسمح جين SRGAP2C الجديد الخاص بالبشر بشكل أساسي للبشر بتكوين المزيد من المشابك العصبية، واتصالات أقوى وأكثر كثافة بين الخلايا العصبية.
على الرغم من أنها قد تفسر جنسنا البشري قدرات عقلية لا مثيل لها، فإن ازدواجية الجينات مثل تلك التي أدت إلى SRGAP2C وNotch2NL ربما جعلتنا عرضة للإصابة بالاضطرابات العصبية والنفسية. على سبيل المثال، ترتبط الطفرات في منطقة الجينوم حيث يوجد Notch2NL بمجموعة من اضطرابات النمو العصبي، بما في ذلك اضطراب فرط الحركة ونقص الانتباه، والفصام، واضطراب طيف التوحد، والإعاقة الذهنية، وفقًا لسلامة وزملائه.
يُعتقد أن كلا من القرود والبشر كان لديهم سلف مشترك، لكن البشر فقط هم الذين طوروا القدرة على المشي منتصباً على قدمين لفترات طويلة
يُعتقد أن كلا من القرود والبشر كان لديهم سلف مشترك، لكن البشر فقط هم من طوروا القدرة على المشي منتصبًا على قدمين لفترات طويلة
يقول توني كابرا، أستاذ علم الأوبئة والإحصاء الحيوي في جامعة كاليفورنيا: “إذا كنت تريد إنتاج المزيد من الجين، فإن الطريقة السهلة حقًا للقيام بذلك هي نسخ الجين وتكراره بحيث تكون هناك نسخ متعددة يمكن تشغيلها جميعًا في وقت واحد”. جامعة كاليفورنيا، سان فرانسيسكو.
“ولكن بالطبع، بمجرد أن يكون لديك هذا التحكم الأكثر تعقيدًا، هناك المزيد من الطرق التي يمكن أن تسوء بها الأمور.”
على سبيل المثال، إذا كان التسلسل في الجين المنسوخ حديثًا مشابهًا جدًا لسلفه، فقد يؤدي ذلك أحيانًا إلى إرباك الآلية التي تصنع نسخًا من جينوماتنا، مما يؤدي إلى نقل الجينات، أو إدخالها في أماكن مختلفة، أو دمجها بطرق مختلفة غير قادرة على التكيف . تحتوي الجينات المكررة أيضًا على تسلسلات متكررة تجعلها أكثر عرضة لعمليات الحذف والتكرار الإضافية.
ومن الممكن أيضًا أن تكون بعض “الجينات التي جعلتنا بشرًا” موجودة في مناطق الجينوم المعرضة لمعدلات طفرة عالية، مما يجعلنا عرضة للإصابة بالأمراض. وفي دراسة أجريت عام 2022، قام كريج لوي، أستاذ علم الوراثة الجزيئية وعلم الأحياء الدقيقة بجامعة ديوك، بتحليل الجينوم البشري للعثور على الأماكن التي تغيرت أكثر من غيرها منذ أن اختلف أسلافنا عن الشمبانزي. ووجد أن العديد من المناطق – المعروفة باسم هاقرس (“مناطق تطورت بسرعة لدى أسلاف الإنسان”) – شاركت في تنظيم نمو الدماغ، على سبيل المثال عن طريق تحفيز نمو المزيد من الخلايا العصبية.
المصدر: بي بي سي
