البروتينات التي تنظم الخلايا الجذعية الحيوانية أقدم بكثير من الحيوانات نفسها
تعد البروتينات المهمة المشاركة في تنظيم الخلايا الجذعية الحيوانية أقدم بكثير مما كان يُعتقد سابقًا، حيث تسبق ظهور الحيوانات التي من المحتمل أنها تطورت قبل أكثر من 700 مليون سنة. هذه هي نتيجة دراسة أجراها فريق بحث دولي يضم علماء من معهد ماكس بلانك لعلم الأحياء الدقيقة الأرضية في ألمانيا.
في حين أن معظم الخلايا الحيوانية متخصصة ولها أدوار ثابتة، مثل خلايا الجلد أو الخلايا العصبية أو خلايا الدم، فإن الخلايا الجذعية متعددة القدرات قادرة على التجديد الذاتي والتمايز إلى خلايا متخصصة عند الحاجة. كلا الإمكانات، التجديد الذاتي والتمايز، يتم التحكم فيها بإحكام من خلال مجموعة من العوامل التنظيمية الداخلية والخارجية.
ركزت الدراسة على اثنين من البروتينات المهمة المشاركة في تنظيم الخلايا الجذعية: عوامل النسخ SOX وPOU. يلعب SOX وPOU دورًا حيويًا في الحفاظ على “جذع” الخلايا ويُعتقد أنهما ابتكار خاص بالحيوانات. وقد تم الآن تناقض هذا الرأي. وباستخدام علم الوراثة الجزيئي، حدد فريق البحث هذه البروتينات في السوطيات الصفراوية، والتي تعتبر أقرب الأقارب وحيدة الخلية للحيوانات، وتم فصلها عن شجرة العائلة الحيوانية منذ أكثر من 700 مليون سنة.
يوضح ماثياس جيربيج، المؤلف الأول المشارك للدراسة والباحث في معهد ماكس بلانك لعلم الأحياء الدقيقة الأرضية: “إن اكتشافنا هو المعادل الجزيئي لاكتشاف أحفورة انتقالية، وتسليط الضوء على الأصول الغامضة للحيوانات”.
البروتينات من كائن وحيد الخلية تعمل أيضًا على الفئران
ومن اللافت للنظر أنه عند اختبارها في مزارع الخلايا الجذعية للفئران، وجدنا أن بروتينات SOX للسوطيات choanoflagellate يمكن أن تحل محل نظيراتها من الفئران وظيفيًا، مما يدل على قدرتها على تنشيط البرامج الجينية المعقدة اللازمة لتكوين الخلايا الجذعية. “تخيل أن لدينا شجرة عائلة مكونة من بروتينات من أنواع مختلفة، حية ومنقرضة. باستخدام خوارزميات حاسوبية متطورة، يمكننا تتبع مسار هذه الشجرة والتنبؤ كيف كانت تبدو بروتينات أسلافنا القدماء. ثم ننتج هذه البروتينات القديمة لدراسة تكوّنها “الخصائص البيوكيميائية في المختبر”، يشرح ماتياس جيربيج. “بعبارة أخرى، هذه الطريقة تشبه آلة الزمن الجزيئي لأنها تسمح لنا باستنتاج وإحياء تسلسلات البروتين من أسلاف منقرضين منذ فترة طويلة.”
والأهم من ذلك، أن هذه البروتينات القديمة المعاد بناؤها، مثل نظيراتها الموجودة، يمكن أن تحفز أيضًا إعادة برمجة الخلايا الجذعية في خلايا الفئران. وهذا يؤكد أن السمات الجزيئية التي تمكن بروتينات السوكس من تحفيز تكوين الخلايا الجذعية هي بالفعل أسلافية، وتسبق تطور الحيوانات نفسها. “لقد اندهشنا عندما اكتشفنا أن الخصائص البيوكيميائية الأساسية لبروتينات SOX، والتي تعتبر ضرورية لوظيفة الخلايا الجذعية في الحيوانات، كانت موجودة بالفعل في الكائنات وحيدة الخلية التي كانت موجودة قبل تطور الحيوانات. هذا الحفظ الوظيفي عبر أكثر من 700 مليون سنة من التطور إنه أمر رائع حقًا – خاصة بالنظر إلى أنه من غير المعروف أن السوطيات choanoflagellates تحتوي على خلايا جذعية،” يخلص ماثياس جيربيج.
الآثار المترتبة على فهم تطور الحيوان
يشير جورج هوشبيرج، قائد مجموعة الأبحاث في معهد ماكس بلانك لعلم الأحياء الدقيقة الأرضية، إلى أن “النتائج التي توصلنا إليها تشير إلى أن تطور الخلايا الجذعية الحيوانية ربما شمل إعادة استخدام الأدوات الجزيئية الموجودة مسبقًا، بدلاً من اختراع آليات جديدة تمامًا”.
ومن المثير للاهتمام، أنه في حين أظهرت بروتينات SOX حفظًا وظيفيًا ملحوظًا، فإن عوامل النسخ الأخرى (بروتينات POU) من الكائنات وحيدة الخلية تفتقر إلى بعض الخصائص الأساسية لنظيراتها الحيوانية. يشير هذا إلى أن ظهور الخلايا الجذعية الحيوانية من المحتمل أن يشمل كلا من الخيار المشترك للوظائف الجزيئية القديمة وتطور تفاعلات جديدة بين البروتين والبروتين. “تسلط هذه الدراسة الضوء على قوة الجمع بين التحليل التطوري والتجارب الوظيفية لفهم أصول النظم البيولوجية المعقدة”، كما علق رالف جاوتش من جامعة هونغ كونغ، الذي نسق هذا البحث.
غاو، Y.، تان، DS، جيربيج، M .؛ هاه.؛ تشو، العاشر. شيه، س. يونغ، كانساس؛ لي، كانساس؛ هو، سي. كوجوكارو، V.؛ يان، J.؛ هوشبيرج، G.؛ ميندوزا، أ. جاوتش، آر.
