اكتشف العلماء للتو الخدعة الخفية التي تبقي خلاياك على قيد الحياة

قد تكون الحركة الغريبة التي تشبه الخرزة داخل الخلايا هي السر في الحفاظ على توازن الحمض النووي والصحة.

غالبًا ما توصف الميتوكوندريا بأنها محطات توليد الطاقة للخلية لأنها تنتج الطاقة التي تحتاجها الخلايا للبقاء على قيد الحياة. ولدعم هذا الدور، فإنهم يحملون مجموعة صغيرة خاصة بهم من التعليمات الجينية تسمى الميتوكوندريا الحمض النووي (متدنا).

داخل كل خلية، هناك مئات إلى آلاف النسخ من mtDNA. يتم تجميع هذه النسخ في مجموعات مدمجة تعرف باسم النيوكلويدات. لقد لاحظ الباحثون منذ فترة طويلة أن النيوكلويدات يتم ترتيبها على فترات منتظمة داخل الميتوكوندريا. يساعد هذا النمط المنظم على ضمان وراثة الحمض النووي للميتوكوندريا بشكل صحيح عندما تنقسم الخلايا وأن يتم التعبير عن جيناته بالتساوي في جميع أنحاء الميتوكوندريا.

لماذا يهم تنظيم الحمض النووي الميتوكوندريا

عندما لا تعمل الميتوكوندريا أو الحمض النووي الخاص بها بشكل صحيح، يمكن أن تكون التأثيرات واسعة النطاق. تم ربط الاضطرابات بالحالات الأيضية والعصبية مثل فشل الكبد واعتلال الدماغ، بالإضافة إلى الأمراض المرتبطة بالعمر بما في ذلك مرض الزهايمر ومرض باركنسون.

ونظرًا لمدى أهمية الحمض النووي للميتوكوندريا، يحاول العلماء فهم كيفية محافظة الخلايا على هذا التباعد الدقيق بين النيوكلويدات. وحتى الآن، ظل هذا السؤال دون حل.

تقول سوليانا مانلي، الأستاذة في مختبر الفيزياء الحيوية التجريبية (LEB) في EPFL: “لا يمكن للآليات المقترحة المتعلقة باندماج الميتوكوندريا، أو الانشطار، أو الربط الجزيئي أن تفسر ذلك، حيث يتم الحفاظ على التباعد النووي حتى عندما يتم تعطيلها”.

اكتشاف اللؤلؤ الميتوكوندريا

قام مانلي، بالتعاون مع خوان لاندوني، زميل ما بعد الدكتوراه في LEB، بتحديد الآلية المسؤولة عن توزيع mtDNA. وتشير النتائج التي توصلوا إليها إلى عملية تسمى “صيد اللؤلؤ بالميتوكوندريا”، والتي تم تجاهلها في السابق.

خلال هذا التحول المؤقت، تتخذ الميتوكوندريا شكلًا يشبه الخرز على الخيط. يساعد هذا التغيير الهيكلي على تفكيك مجموعات من الحمض النووي للميتوكوندريا ونشر النيوكلويدات بشكل متساوٍ على طول الميتوكوندريا، مع الحفاظ على تباعد ثابت.

تصوير الميتوكوندريا في الخلايا الحية

ولدراسة هذه العملية بالتفصيل، استخدم الباحثون مجموعة من تقنيات الفحص المجهري المتقدمة لمراقبة الميتوكوندريا والحمض النووي الخاص بها داخل الخلايا الحية. وشملت هذه الأساليب التصوير فائق الدقة والمجهر الضوئي والإلكتروني المترابط، إلى جانب الأساليب اللطيفة مثل الفحص المجهري الطوري.

وباستخدام هذه الأدوات، تمكن الفريق من متابعة النيوكلويدات الفردية، والتقاط التحولات السريعة في شكل الميتوكوندريا، وفهم كيفية تنظيم بنيتها الداخلية بشكل أفضل.

ماذا يحدث أثناء صيد اللؤلؤ

أظهر تصوير الخلايا الحية أن أحداث صيد اللؤلؤ يمكن أن تحدث عدة مرات في الدقيقة. خلال هذه اللحظات، تشكل الميتوكوندريا لفترة وجيزة سلسلة من الانقباضات المتباعدة بشكل متساوٍ على طولها. المسافة بين هذه المقاطع الشبيهة بالخرز تتطابق بشكل وثيق مع التباعد المعتاد بين النيوكلويدات.

تحتوي معظم هذه “اللآلئ” على نواة بالقرب من المركز، على الرغم من أن الهياكل يمكن أن تتشكل أيضًا بدون الحمض النووي الميتوكوندري.

ومع استمرار العملية، غالبًا ما تنقسم العناقيد النووية الأكبر حجمًا إلى مجموعات أصغر تستقر في اللآلئ المجاورة. بمجرد عودة الميتوكوندريا إلى شكلها الأنبوبي الطبيعي، تظل النيوكلويدات منفصلة، ​​مما يحافظ على توزيعها المنتظم.

ما الذي يتحكم في لؤلؤ الميتوكوندريا

كما حدد الباحثون العوامل التي تنظم هذه العملية. ومن خلال التجارب الجينية والدوائية، وجدوا أن دخول الكالسيوم إلى الميتوكوندريا يمكن أن يؤدي إلى صيد اللؤلؤ. تساعد هياكل الغشاء الداخلي أيضًا في الحفاظ على فصل النيوكلويدات.

عندما يتعطل أي من هذه العناصر التنظيمية، تميل النيوكلويدات إلى التجمع معًا بدلاً من البقاء على مسافة متساوية.

آلية خلوية مُعاد اكتشافها

يقول لاندوني: «منذ أن رسمت مارغريت ريد لويس رسمًا أوليًا لصيد اللؤلؤ بالميتوكوندريا في عام 1915، فقد تم رفضه إلى حد كبير باعتباره حالة شاذة مرتبطة بالإجهاد الخلوي». “بعد مرور أكثر من قرن من الزمان، ظهرت كآلية محفوظة بشكل أنيق في قلب بيولوجيا الميتوكوندريا. توفر هذه العملية الفيزيائية الحيوية وسيلة بسيطة وفعالة في استخدام الطاقة لتوزيع جينوم الميتوكوندريا.”

الآثار المترتبة على المرض والبحوث المستقبلية

تسلط النتائج الضوء على كيفية اعتماد الخلايا على كل من العمليات الفيزيائية والأنظمة الجزيئية للحفاظ على النظام. إن فهم كيفية عمل صيد اللؤلؤ بالميتوكوندريا وكيفية التحكم فيه يمكن أن يوفر نظرة مهمة على الأمراض المرتبطة بالحمض النووي للميتوكوندريا.

قد تساعد هذه المعرفة أيضًا في توجيه الاستراتيجيات المستقبلية لعلاج الحالات المرتبطة بخلل الميتوكوندريا.

المرجع: “اللؤلؤ يحفز التوزيع النووي للحمض النووي للميتوكوندريا” بقلم خوان سي. لاندوني، ماثيو د. ليكاس، جوزيفا ماكوادا، وويلي ستيب، روميو جاكارد، كريستوفر ج. أوبارا، أندرو س. مور، ديفيد هوفمان، جينيفر ليبينكوت شوارتز، والاس مارشال، غابرييل ستورم وسوليانا مانلي، 2 أبريل 2026، علوم.
دوى: 10.1126/science.adu5646

المساهمين الآخرين

• الجامعة البابوية الكاثوليكية في تشيلي
• معهد هوارد هيوز الطبي
• جامعة كاليفورنيا، سان فرانسيسكو

لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل و أخبار جوجل.