یک نشانه فیزیکی از دلیل تصمیم سلول برای انتخاب میان مرگ و زندگی کشف شد - مجله حقوق

در بسیاری از گونه ها از جمله انسان، سلول های مسؤول فراوری مثل یا سلول های زایا (Germ Cells) اغلب بسیار به هم پیوسته اند و سیتوپلاسم خود را به اشتراک می گذارند. در نوعی کرم لوله ای (Nematode) نرماده با نام کانورابدیتیس الگانس (Caenorhabditis Elegans) تا 500 سلول زایا در غدد جنسی، بافت تولینماینده تخمک و اسپرم، به یکدیگر متصل شده اند. این سلول ها در اطراف یک دالان سیتوپلاستی مرکزی قرار گرفته اند و مواد سیتوپلاسمی را که رشد سلول را تقویت می نماید، ردوبدل می نمایند و در نهایت تخمک های آماده باروری فراوری می نمایند.

در مطالعات گذشته، پژوهشگران دریافته اند که غدد جنسی کرم های لوله ای الگانس بیش از حد لازم سلول های زایا فراوری می نمایند که فقط نیمی از آن ها رشد نموده و به تخمک تبدیل می شوند، در حالی که بقیه با آپوپتوز فیزیولوژیکی، مرگ سلولی برنامه ریزی شده که در ارگانیسم های چندسلولی اتفاق می افتد، کوچک می شوند و می میرند. اکنون دانشمندان شواهد تازه ای یافته اند که نشان می دهد چه عاملی باعث این تصمیم سرنوشت ساز سلول میان مرگ و زندگی در خط جوانه زایی (Germline) می گردد.

مرکز بیوتکنولوژی دانشگاه فنی درسدن (BIOTEC)، مؤسسه بیولوژی و ژنتیک سلول مولکولی ماکس پلانک، خوشه فیزیک عالی زیستی (PoL) دانشگاه درسدن، مؤسسه فیزیک سیستم های پیچیده ماکس پلانک، مؤسسه فلت آیرن نیویورک و دانشگاه کالیفرنیا برکلی در این پژوهش که در نشریه نیچر (Nature) منتشر شده با هم همکاری نموده اند.

مطالعات پیشین مبنای ژنتیکی و سیگنال های بیوشیمیایی را نشان می دهد که منجر به مرگ سلول های فیزیولوژیکی می گردد اما مکانیسم های انتخاب و آغاز آپوپتوز در سلول های زایای جداگانه نامشخص است.

سلول های زایا در حالی که در امتداد غدد کرم لوله ای (نماتد) بالغ می شوند، ابتدا به صورت همگن در اندازه و حجم رشد می نمایند اما دانشمندان در مطالعه اخیر نشان می دهند که این رشد همگن ناگهان به رشد ناهمگن تغییر می نماید که طی آن بعضی سلول ها عظیم تر و بعضی سلول ها کوچک تر می شوند.

نیکولاس کارتیه (Nicolas Chartier) از نخستین نویسندگان این پژوهش گفت: با تجزیه وتحلیل دقیق حجم سلول های زایا و شار مواد سیتوپلاستی در کرم های زنده و با توسعه مدل نظری، یک ناپایداری هیدرولیکی را شناسایی کردیم که یک تفاوت حجم اولیه کم و تصادفی را تقویت می نماید و باعث افزایش حجم بعضی از سلول های زایا و درنتیجه کوچک شدن بقیه می گردد.

این پدیده ای است که می توان آن را با ناپایداری دو بالونی مقایسه کرد که یک موضوع آشنای فیزیک است. این بی ثباتی هنگامی ایجاد می گردد که هم زمان به درون دو بالن لاستیکی بدمید و بکوشید هر دو را باد کنید. فقط بالن عظیم تر باد می گردد زیرا فشار داخلی آن کمتر است و بنابراین باد کردن آسان است.

این همان چیزی است که در انتخاب سلول های زایایی هم نقش دارد. چنین اختلاف فشاری تمایل به ایجاد ناپایداری در چیدمان متقارن سلول های زایا با حجم یکسان دارد که اصطلاحا به آن ناپایداری هیدرولیکی گفته می گردد و به رشد سلول عظیم تر با هزینه از سلول کوچک تر می انجامد.

این تیم پژوهشی، با کاهش مصنوعی حجم سلول های زایا به وسیله پمپاژ ترموویسکوز (گران روی گرمایی) نشان داد که کاهش حجم سلول منجر به اکستروژن (برون ریزی) و مرگ سلول می گردد و نشان می دهد که هرگاه سلول کمتر از اندازه بحرانی گردد آپوپتوز (مرگ برنامه زیری شده سلول) القا می گردد و سلول می میرد.

با استفاده از تصویربرداری کانفوکال (هم کانونی) پژوهشگران می توانند از ارگانسیم کامل کرم زنده تصویربرداری نمایند تا تصویری سراسری و دقیق از حجم تمام سلول های غدد جنسی و همچنین تبادل مایعات میان سلول ها داشته باشند.

استفان گریل، سخنگوی PoL و سرپرست این پژوهش چندرشته ای، گفت: این یافته ها بسیار هیجان انگیز است زیرا نشان می دهد که تصمیم مرگ و زندگی در سلول ها از نوع مکانیکی و مربوط به هیدرولیک بافت است.

او اظهار داشت: این یاری می نماید تا دریابیم که ارگانیسم چگونه به صورت اتوماتیک سلولی را که به تخمک انتخاب می نماید. علاوه بر این، این مطالعه نمونه دیگری از همکاری عالی میان زیست شناسان، فیزیکدانان و ریاضی دانان در درسدن است.

عکس کاور: طرحی گرافیکی از مرگ برنامه ریزی شده سلول (Apoptosis)

Credit: Kateryna Kon / Science Photo Library / AFP

منبع: SciTechDaily