عندما نتحدث عن الذكريات في علم الأحياء، فإننا نركز على تخزين المعلومات في الدماغ والخلايا العصبية. ولكن هناك الكثير من الذكريات داخل خلايانا. تتذكر الخلايا تاريخ تطورها، وما إذا كانت قد تعرضت لمسببات الأمراض، وما إلى ذلك. ويثير سؤالا صعبا للإجابة عليه: كيف يمكن لكيان يشبه الخلية أن يحتفظ بالمعلومات عبر أقسام متعددة؟
لا توجد إجابة واحدة، وفي كثير من الحالات يكون من الصعب جدًا تحديد التفاصيل. لكن العلماء طوروا الآن نظام الذاكرة. يمكن للخلايا أن تتذكر متى واجه الآباء صعوبة في التمييز بين مشكلة غالبًا ما ترتبط بتلف الحمض النووي والسرطان. وأيضًا، إذا كانت المضاعفات شديدة بدرجة كافية، فإن انقسامًا واحدًا سيؤدي إلى توقف الخليتين عن الانقسام.
ضبط الموقت
في الكائنات متعددة الخلايا، يتم التحكم في انقسام الخلايا بعناية شديدة. الانقسام غير المنضبط هو السمة المميزة للسرطان. لكن المشاكل في المراحل الفردية من الانقسام – مثل نسخ الحمض النووي، وإصلاح أي ضرر، والتأكد من حصول كل خلية وليدة على العدد الصحيح من الكروموسومات – يمكن أن تؤدي إلى حدوث طفرات. لذلك، تحتوي عملية انقسام الخلايا على الكثير من نقاط التفتيش حيث تتأكد الخلية من أن كل شيء يعمل بشكل صحيح.
ولكن إذا مرت الخلية عبر جميع نقاط التفتيش، فهذا أمر جيد، أليس كذلك؟ بالتأكيد لا، كما اتضح.
الانقسام هو جزء من انقسام الخلايا حيث يتم فصل الكروموسومات المكررة في كل خلية ابنة. بسبب قضاء الكثير من الوقت في الانقسام، تعرضت الكروموسومات للتلف، مما قد يسبب مشاكل في المستقبل. وقد وجدت الأبحاث السابقة أنه عندما يستغرق الانقسام الفتيلي وقتًا طويلاً، فإن بعض الخلايا المشتقة من شبكية العين تسجل، وتتوقف الخلايا الوليدة عن الانقسام.
يبدأ العمل الجديد، الذي أجراه فريق من الباحثين في أوكيناوا واليابان وسان دييغو، بإظهار أن هذا السلوك لا يقتصر على خلايا الشبكية – بل يبدو أنه استجابة عامة للانقسام الفتيلي البطيء. تُظهر تجارب التوقيت الدقيقة أن الخلايا الطويلة التي تحاول الخضوع للانقسام الفتيلي تمنع الخلايا الوليدة من الانقسام. يشير الباحثون إلى هذا النظام باسم “ساعة التوقف الانقسامية”.
إذًا، كيف تدير الخلية ساعة توقيت؟ لا يشبه الأمر مطالبة Siri بضبط مؤقت، فهو غالبًا ما يكون عالقًا في العمل مع الأحماض النووية والبروتينات.
كما هو الحال مع العديد من الأشياء التي يتم إرسالها إلى انقسام الخلايا، فإن الإجابة تأتي من بروتين يسمى p53. وهو بروتين مهم للعديد من المسارات التي تكشف عن تلف الخلايا وتمنعها من الانقسام إذا كانت هناك مشاكل. (يمكنك تذكر ذلك من تغطيتنا الأخيرة لتطور الخلايا الجذعية للفيل.)
ساعة توقيت مصنوعة من البروتينات
مع تقدم الانقسام، وجد الباحثون أن البروتين p53 بدأ يظهر في مركب يحتوي على بروتينين آخرين (البروتياز 28 الخاص باليوبيكويتين والبروتين المرتبط بـ p53 المسمى بشكل إبداعي 1). إذا قمت بإجراء طفرات في أحد البروتينات التي منعت تكوين هذا المركب، فإن ساعة التوقف الانقسامية تتوقف عن العمل. بدأ هذا المركب المكون من ثلاثة بروتينات في التشكل بكميات كبيرة فقط عندما استغرق الانقسام الفتيلي وقتًا أطول من المعتاد، وبمجرد تكوينه ظل مستقرًا بحيث يمكن نقله إلى الخلايا الوليدة بعد انقسام الخلايا.
فلماذا يتطور هذا المركب فقط عندما يستغرق الانقسام الفتيلي وقتًا أطول من المعتاد؟ وتتحول القوة إلى بروتين يسمى الكيناز، الذي يربط الفوسفات بالبروتينات الأخرى. قام الباحثون بفحص المواد الكيميائية التي تمنع كينازات معينة تنشط أثناء الانقسام الفتيلي وإصلاح الحمض النووي، ووجدوا مادة محددة مطلوبة لساعة التوقف الانقسامية. في غياب هذا الكيناز (PLK1، للمهتمين)، لا يتشكل مركب البروتين الثلاثي.
لذلك يعتقد الباحثون أن ساعة الإيقاف تبدو كما يلي: أثناء الانقسام الفتيلي، يربط الكيناز الفوسفات ببطء بأحد البروتينات، مما يسمح له بتكوين مركب ثلاثي البروتينات. إذا اكتمل الانقسام بسرعة كافية، فلن تكون مستويات هذا المركب عالية جدًا، ولن يكون له أي تأثير على الخلية. ولكن إذا استمر الانقسام بسرعة، يبدأ المركب في التشكل ويكون مستقرًا بدرجة كافية للبقاء في كلتا الخليتين الوليدتين. يساعد وجود المركب على استقرار البروتين p53، والذي، إذا كان مرتفعًا بدرجة كافية، يسمح بتوقف انقسامات الخلايا المستقبلية.
واتساقًا مع هذه الفكرة، فإن البروتينات الثلاثة الموجودة في المجمع تعمل على تثبيط الأورام، مما يعني أن الطفرات فيها من المرجح أن تسبب تكوين الأورام. وأكد الباحثون أن ساعة التوقيت الانقسامية كانت معيبة في كثير من الأحيان في عينات الورم.
لذلك، تخزن الخلايا الفردية إحدى ذكرياتها – ذكرى مضاعفات انقسام الخلايا. ومع ذلك، فإن ساعة التوقيت الانقسامية هي أحد أنظمة تخزين الذاكرة، وهي أنظمة منفصلة تمامًا تتعامل مع الذكريات المختلفة. وفي نفس الوقت الذي يحدث فيه هذا، يغذي أيضًا عدد كبير من المسارات الأخرى نشاط p53. وهكذا، في حين أن ساعة التوقيف الانقسامية تتعامل بكفاءة مع نوع معين من المشاكل، إلا أنها مدمجة في أنظمة إضافية أكثر تعقيدًا تعمل في الخلية.
العلوم، 2024. DOI: 10.1126/science.add9528 (حول معرفات الهوية الرقمية).
