يتطلب بناء الدماغ الملايين من فواصل الحمض النووي الخطيرة

اكتشف العلماء أن بناء دماغ سليم ينطوي على خطوة غير متوقعة: تتكسر الخلايا العصبية الصغيرة بشكل روتيني وتصلح أعصابها بسرعة الحمض النووي.

مع تطور الدماغ، يجب أن تنتقل الخلايا العصبية المتكونة حديثًا عبر الأنسجة المتراصة بإحكام للوصول إلى المواقع التي ستصبح فيها جزءًا من الشبكات العصبية للدماغ. تبين أن هذه الرحلة الصعبة تأتي بتكلفة غير متوقعة.

دراسة جديدة نشرت في طبيعة وجد الباحثون في معهد علوم المواد الخلوية المتكاملة (WPI-iCeMS) التابع لجامعة كيوتو والمؤسسات المتعاونة أن هذه الهجرة تسبب تلفًا واسع النطاق للحمض النووي في الخلايا العصبية الشابة. والمثير للدهشة أن الباحثين اكتشفوا أن هذا الضرر ليس علامة على حدوث خطأ ما. وبدلاً من ذلك، يبدو أنه جزء طبيعي من تطور قشرة الدماغ، حيث تعمل الخلايا السليمة على إصلاح الضرر قبل أن يتسبب في ضرر دائم.

يأخذ تلف الحمض النووي شكل فواصل مزدوجة، حيث يتم قطع كلا خيوط الحلزون المزدوج للحمض النووي. هذه من بين أخطر أنواع تلف الحمض النووي لأنها يمكن أن تؤدي إلى طفرات أو حتى موت الخلايا إذا تركت دون إصلاح.

يقول البروفيسور مينيكو كينجاكو من WPI-iCeMS، الذي قاد الدراسة: “يبدو أن الدماغ النامي قد تطور ليتحمل ويصلح تلف الخلايا العصبية بكفاءة”. “لكن فهم حدود هذا التحمل – وما يحدث عندما يكون الإصلاح غير مكتمل – يقربنا من فهم مجموعة من الحالات العصبية.”

تتبع تلف الحمض النووي أثناء هجرة الخلايا العصبية

وللتحقق من كيفية حدوث هذا الضرر، أعاد الباحثون إنشاء الرحلة الجسدية لتطوير الخلايا العصبية باستخدام قنوات مختبرية صغيرة تحاكي الممرات الضيقة الموجودة في الدماغ المتنامي.

ومع ضغط الخلايا العصبية عبر هذه المساحات الضيقة، أظهرت علامات الفلورسنت ظهور فواصل مزدوجة في الحمض النووي داخل الخلايا. وبعد أن أكملت الخلايا العصبية الرحلة، اختفت تلك الإشارات تدريجياً. وتم إصلاح معظم الأضرار في غضون 24 ساعة، وواصلت الخلايا العصبية عملها بشكل طبيعي.

كيف يقوم الدماغ بإصلاح فواصل الحمض النووي الخطيرة

حدد الفريق مصدر الضرر على أنه Topoisomerase IIβ، وهو إنزيم يقوم عادةً بإجراء قطع مؤقتة في الحمض النووي لتخفيف الالتواء والضغط الميكانيكي الناتج أثناء النشاط الخلوي اليومي.

تشبه هذه العملية قطع كابل ملتوي بحيث يمكن فكه قبل إعادة توصيله. ومع ذلك، تحت الضغط الجسدي الناتج عن الهجرة عبر المساحات الضيقة، يمكن أن يصبح الإنزيم محصورًا قبل إكمال عملية الإصلاح، تاركًا وراءه نهايات الحمض النووي المكسورة.

تقوم الخلايا بإصلاح هذه الفواصل باستخدام آلية إصلاح تسمى الانضمام غير المتماثل، والتي تعيد ربط خيوط الحمض النووي المكسورة.

ووجد الباحثون أيضًا أن هذه العملية مختلفة تمامًا عما يحدث في بعض الخلايا السرطانية التي تتحرك عبر نفس أنواع القنوات الدقيقة. في الخلايا السرطانية، يكون تلف الحمض النووي أكثر عشوائية وغالبًا ما يعطل الجينات المهمة، مما يقلل من وظيفة الخلية أو يسبب موت الخلايا. في الخلايا العصبية، تحدث الكسور بشكل رئيسي في الأجزاء الأقل أهمية من الجينوم، مما يسمح للخلايا بمواصلة التطور بشكل طبيعي.

ماذا يحدث عندما يفشل إصلاح الحمض النووي؟

لفهم أهمية نظام الإصلاح هذا، أنشأ العلماء فئرانًا تفتقر خلاياها العصبية المخيخية المتكونة حديثًا إلى Ligase 4، وهو إنزيم أساسي لإصلاح الحمض النووي.

على الرغم من أن الحيوانات تطورت بشكل طبيعي، إلا أنها بدأت تظهر تدريجيًا مشاكل خفيفة في التوازن خلال مرحلة البلوغ المبكر. تشبه هذه الأعراض تلك التي تظهر في متلازمات عدم استقرار الجينوم البشري التي تؤثر على المخيخ، مما يشير إلى أنه حتى الفشل البسيط في إصلاح الحمض النووي يمكن أن يكون له عواقب طويلة المدى.

أدلة على تنوع الدماغ والأمراض العصبية

تثير النتائج أيضًا تساؤلات مثيرة للاهتمام حول ما إذا كانت هذه الانقطاعات المؤقتة في الحمض النووي تساعد في خلق اختلافات جينية دقيقة بين الخلايا العصبية الفردية وما إذا كانت هذه الاختلافات يمكن أن تؤثر على أمراض النمو العصبي أو التنكس العصبي.

يقول البروفيسور كينجاكو: “إنه يغير طريقة تفكيرنا في الجينوم العصبي”. “تنشأ جميع الخلايا العصبية من نفس الحمض النووي، ولكن تلف الحمض النووي وإصلاحه يمكن أن يؤدي إلى اختلافات جينية صغيرة بين الخلايا العصبية الفردية من خلال رحلة ميكانيكية صغيرة. وقد يكون بعض هذا التاريخ مكتوبًا في الجينوم نفسه.”

المرجع: “الهجرة المحصورة تؤدي إلى تلف الحمض النووي غير المميت في الخلايا العصبية النامية” بقلم زيجينغ تشانغ، أندريس كانيلا، جونكو كوريسو، بيلين زو، تاكومي كاواو، ناوتاكا ناكازاوا، نوريكو تاكيدا، ماي سايكي، ماساكي أوتسونوميا، ميرفي بيلجيك، فوميوشي إيشيداتي، جيانلوكا غرينشي، تاكاهيرو فوروتا، يوسوكي كيشي، هيرويوكي ساسانوما ومينيكو كينجاكو، 17 يونيو 2026، طبيعة.
دوى: 10.1038/s41586-026-10648-8

تم إجراء البحث من خلال التعاون بين جامعة كيوتو، وجامعة طوكيو، وجامعة أوساكا، وجامعة سنغافورة الوطنية، ومعهد طوكيو متروبوليتان للعلوم الطبية.

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