فرضية سلسلة الحمض النووي الخالدة

الموسوعة الحرة

تم اقتراح فرضية خيط الحمض النووي الخالد في عام 1975 من قبل جون كيرنز كآلية للخلايا الجذعية البالغة لتقليل الطفرات في جينوماتها . [ 1] تقترح هذه الفرضية أنه بدلاً من فصل الحمض النووي الخاص بها أثناء الانقسام الفتيلي بطريقة عشوائية، تقسم الخلايا الجذعية البالغة حمضها النووي بشكل غير متماثل، وتحتفظ بمجموعة نموذجية مميزة من خيوط الحمض النووي (خيوط الوالدين) في كل انقسام. من خلال الاحتفاظ بنفس مجموعة خيوط الحمض النووي النموذجية، ستمرر الخلايا الجذعية البالغة الطفرات الناشئة عن أخطاء في تكرار الحمض النووي إلى بنات الخلايا غير الجذعية التي تتمايز قريبًا (تنهي الانقسام الفتيلي وتصبح خلية وظيفية). سيسمح تمرير أخطاء التكرار هذه للخلايا الجذعية البالغة بتقليل معدل تراكم الطفرات التي قد تؤدي إلى اضطرابات وراثية خطيرة مثل السرطان .

على الرغم من وجود أدلة على هذه الآلية، إلا أن ما إذا كانت آلية تعمل في الخلايا الجذعية البالغة داخل الجسم لا يزال مثيرا للجدل.

طُرق

يتم استخدام اختبارين رئيسيين للكشف عن فصل خيوط الحمض النووي الخالدة: اختبار الاحتفاظ بالعلامة واختبار نبضة/مطاردة إطلاق العلامة.

في اختبار الاحتفاظ بالعلامة، يكون الهدف هو تمييز سلاسل الحمض النووي "الخالدة" أو الأصلية بعلامة الحمض النووي مثل الثيميدين المعالج بالتريتيوم أو بروموديوكسي يوريدين (BrdU). ستُدمج هذه الأنواع من علامات الحمض النووي في الحمض النووي الذي تم تصنيعه حديثًا للخلايا المنقسمة أثناء الطور S. يتم إعطاء نبضة من علامة الحمض النووي للخلايا الجذعية البالغة في ظل ظروف لم تحدد فيها بعد خيطًا خالدًا للحمض النووي. خلال هذه الظروف، إما أن تنقسم الخلايا الجذعية البالغة بشكل متماثل (وبالتالي مع كل انقسام يتم تحديد خيط "خالد" جديد وفي واحدة على الأقل من الخلايا الجذعية سيتم تمييز خيط الحمض النووي الخالد بعلامة الحمض النووي)، أو لم يتم تحديد الخلايا الجذعية البالغة بعد (وبالتالي فإن أسلافها تنقسم بشكل متماثل، وبمجرد أن تتمايز إلى خلايا جذعية بالغة وتختار خيطًا "خالدًا"، فإن "الخيط الخالد" سيكون قد تم تمييزه بالفعل). من الناحية التجريبية، تخضع الخلايا الجذعية البالغة لانقسامات متماثلة أثناء النمو وبعد التئام الجروح، ولم يتم تحديدها بعد في المراحل الوليدية. بمجرد وضع علامة على خيط الحمض النووي الخالد وبدء الخلية الجذعية البالغة في الانقسامات غير المتماثلة أو استئنافها، يتم طرد علامة الحمض النووي. في الانقسامات المتماثلة (معظم الخلايا الانقسامية )، ينفصل الحمض النووي بشكل عشوائي ويتم تخفيف علامة الحمض النووي إلى مستويات أقل من الكشف بعد خمسة انقسامات. ومع ذلك، إذا كانت الخلايا تستخدم آلية خيط الحمض النووي الخالد، فإن كل الحمض النووي المسمى سيستمر في الانفصال المشترك مع الخلية الجذعية البالغة، وبعد خمسة انقسامات (أو أكثر) سيظل من الممكن اكتشافه داخل الخلية الجذعية البالغة. تسمى هذه الخلايا أحيانًا بالخلايا التي تحتفظ بالعلامة (LRCs).

في اختبار إطلاق العلامة، الهدف هو وضع علامة على الحمض النووي الذي تم تصنيعه حديثًا والذي يتم تمريره عادةً إلى الخلية الابنة (غير الجذعية). يتم إعطاء نبضة من علامة الحمض النووي للخلايا الجذعية البالغة في ظل ظروف تنقسم فيها بشكل غير متماثل. في ظل ظروف التوازن الداخلي ، يجب أن تنقسم الخلايا الجذعية البالغة بشكل غير متماثل بحيث يتم الحفاظ على نفس عدد الخلايا الجذعية البالغة في حجرة الأنسجة. بعد النبض لفترة كافية لوضع علامة على جميع الحمض النووي المكرر حديثًا، يتم مطاردة علامة الحمض النووي (يتضمن كل تكرار للحمض النووي الآن نيوكليوتيدات غير مُسمَّاة) ويتم اختبار الخلايا الجذعية البالغة بحثًا عن فقدان علامة الحمض النووي بعد انقسامين للخلية. إذا كانت الخلايا تستخدم آلية فصل عشوائي، فيجب أن تبقى علامة الحمض النووي كافية في الخلية ليتم اكتشافها. ومع ذلك، إذا كانت الخلايا الجذعية البالغة تستخدم آلية سلسلة الحمض النووي الخالدة، فإنها ملزمة بالاحتفاظ بالحمض النووي "الخالد" غير المسمى، وستطلق كل الحمض النووي المسمى الذي تم تصنيعه حديثًا إلى خلايا ابنتها المتمايزة في انقسامين.

قام بعض العلماء بالجمع بين النهجين، [2] [3] باستخدام علامة DNA واحدة أولاً لتمييز الخيوط الخالدة، مما يسمح للخلايا الجذعية البالغة بالبدء في الانقسام بشكل غير متماثل، ثم استخدام علامة DNA مختلفة لتمييز الحمض النووي الذي تم تصنيعه حديثًا. وبالتالي، ستحتفظ الخلايا الجذعية البالغة بعلامة DNA واحدة وتطلق العلامة الأخرى خلال انقسامين.

شهادة

تم العثور على أدلة على فرضية خيط الحمض النووي الخالد في أنظمة مختلفة. أظهرت إحدى أقدم الدراسات التي أجراها كارل لارك وآخرون الفصل المشترك للحمض النووي في خلايا أطراف جذور النباتات. [4] تميل أطراف جذور النباتات المصبوغة بالثيميدين المعالج بالتريتيوم إلى فصل الحمض النووي المصبوغ إلى نفس الخلية الابنة. على الرغم من عدم فصل جميع الحمض النووي المصبوغ إلى نفس الخلية الابنة، إلا أن كمية الحمض النووي المصبوغ بالثيميدين الموجودة في الخلية الابنة ذات التسمية الأقل تتوافق مع الكمية التي قد تنشأ عن تبادل الكروماتيدات الشقيقة. [4] وجدت دراسات لاحقة أجراها كريستوفر بوتن وآخرون (2002)، [2] باستخدام تجارب النبض/المطاردة بالثيميدين المعالج بالتريتيوم، خلايا تحتفظ بالعلامات على المدى الطويل في حُفَر الأمعاء الدقيقة للفئران حديثي الولادة. افترض الباحثون أن دمج الثيميدين المشبع بالتريتيون على المدى الطويل حدث لأن الفئران حديثي الولادة لديها أمعاء دقيقة غير مكتملة النمو، وأن نبض الثيميدين المشبع بالتريتيون بعد ولادة الفئران مباشرة سمح بوضع علامات على الحمض النووي "الخالد" للخلايا الجذعية البالغة أثناء تكوينها. وقد ثبت أن هذه الخلايا طويلة الأمد تعمل بشكل نشط، كما يتضح من دمج وإطلاق BrdU. [2]

نظرًا لأن هذه الخلايا كانت في دورة ولكنها استمرت في احتواء علامة BrdU في حمضها النووي، فقد استنتج الباحثون أنها يجب أن تفصل حمضها النووي باستخدام آلية خيط الحمض النووي الخالد. قام جوشوا ميروك وآخرون من مختبر جيمس شيرلي بهندسة خلايا الثدييات بجين p53 القابل للتحريض والذي يتحكم في الانقسامات غير المتماثلة. [5] أظهرت تجارب نبض/مطاردة BrdU مع هذه الخلايا أن الكروموسومات انفصلت بشكل غير عشوائي فقط عندما تم تحريض الخلايا على الانقسام بشكل غير متماثل مثل الخلايا الجذعية البالغة. توفر هذه الخلايا المنقسمة بشكل غير متماثل نموذجًا في المختبر لإثبات وفحص آليات الخيط الخالد.

وقد سعى العلماء إلى إثبات وجود آلية خيط الحمض النووي الخالد هذا في الجسم الحي في أنواع أخرى من الخلايا الجذعية البالغة. وفي عام 1996، نشر نيك زيبس أول ورقة بحثية توضح وجود خلايا تحتفظ بالعلامات في الغدة الثديية للفأر [6] وقد أكد ذلك في عام 2005 جيلبرت سميث الذي نشر أيضًا دليلاً على أن مجموعة فرعية من الخلايا الظهارية الثديية للفأر يمكن أن تحتفظ بعلامة الحمض النووي وتطلق علامة الحمض النووي بطريقة تتفق مع آلية خيط الحمض النووي الخالد. [3] وبعد فترة وجيزة، أظهر العلماء من مختبر ديريك فان دير كوي أن الفئران لديها خلايا جذعية عصبية تحتفظ بـ BrdU وتستمر في النشاط الانقسامي. [7] وقد تم إظهار الفصل غير المتماثل للحمض النووي باستخدام التصوير في الوقت الحقيقي للخلايا في المزرعة. في عام 2006، قدم العلماء في مختبر شهراجيم تاجبخش أدلة على أن خلايا الأقمار الصناعية العضلية ، والتي يُقترح أنها خلايا جذعية بالغة لحيز العضلات الهيكلية ، أظهرت فصلًا غير متماثل للحمض النووي المسمى بـ BrdU عند وضعها في المزرعة. كان لديهم أيضًا أدلة تثبت أن حركية إطلاق BrdU المتسقة مع آلية خيط الحمض النووي الخالد كانت تعمل في الجسم الحي ، باستخدام الفئران الصغيرة والفئران التي تم تحفيز تجديد العضلات لديها عن طريق التجميد. [8]

ومع ذلك، فإن هذه التجارب التي تدعم فرضية السلسلة الخالدة ليست قاطعة. ففي حين أظهرت تجارب لارك الانفصال المشترك، فقد يكون الانفصال المشترك من صنع الإشعاع من التريتيوم. وعلى الرغم من أن بوتن حدد الخلايا الدورية التي تحتفظ بالعلامات على أنها خلايا جذعية بالغة، إلا أنه من الصعب تحديد هذه الخلايا بشكل لا لبس فيه على أنها خلايا جذعية بالغة. وفي حين توفر الخلايا المهندسة نموذجًا أنيقًا للانفصال المشترك للكروموسومات، فقد أجريت دراسات على هذه الخلايا في المختبر باستخدام خلايا مهندسة. وقد لا تكون بعض السمات موجودة في الجسم الحي أو قد تكون غائبة في المختبر . وفي مايو 2007، اكتشف مايكل كونبوي وآخرون، [9] أدلة تدعم نظرية سلسلة الحمض النووي الخالدة باستخدام نموذج الخلايا الجذعية/الساتلية العضلية أثناء تجديد الأنسجة، حيث يحدث انقسام هائل للخلايا خلال فترة زمنية قصيرة نسبيًا. وباستخدام اثنين من نظائر BrdU لتمييز القوالب وخيوط الحمض النووي المصنعة حديثًا، لاحظ الباحثون أن حوالي نصف الخلايا المنقسمة في العضلات المتجددة تفرز الحمض النووي "الخالد" الأقدم إلى خلية ابنة واحدة والحمض النووي الأحدث إلى الأخرى. وتماشيًا مع فرضية الخلايا الجذعية، فإن الابنة الأقل تمايزًا ترث عادةً الكروماتيدات ذات الحمض النووي الأقدم، بينما ترث الابنة الأكثر تمايزًا الحمض النووي الأحدث.

الأدلة التجريبية ضد فرضية السلسلة الخالدة نادرة. في إحدى الدراسات، أدرج الباحثون الثيميدين المعالج بالتريتيوم في الخلايا القاعدية الظهارية للفئران المنقسمة. [10] لقد تتبعوا إطلاق الثيميدين المعالج بالتريتيوم بعد فترات مطاردة مختلفة، لكن نمط الإطلاق لم يكن متوافقًا مع فرضية السلسلة الخالدة. على الرغم من أنهم وجدوا خلايا تحتفظ بالعلامات، إلا أنها لم تكن داخل حجرة الخلايا الجذعية المفترضة. مع زيادة أطوال فترات المطاردة، كانت هذه الخلايا التي تحتفظ بالعلامات تقع بعيدًا عن حجرة الخلايا الجذعية المفترضة، مما يشير إلى أن الخلايا التي تحتفظ بالعلامات قد انتقلت. ومع ذلك، فقد ثبت أن العثور على دليل قاطع ضد فرضية السلسلة الخالدة أمر صعب.

تمت دراسة فصل خيوط قالب الحمض النووي في سمك الزرد النامي . [11] أثناء نمو اليرقات كان هناك استنزاف سريع لخيوط قالب الحمض النووي الأقدم من منافذ الخلايا الجذعية في شبكية العين والدماغ والأمعاء . [11] باستخدام المجهر عالي الدقة، لم يتم العثور على دليل على فصل خيوط القالب غير المتماثل (في أكثر من 100 زوج من الخلايا)، مما يجعل من غير المحتمل أن يتجنب فصل الحمض النووي غير المتماثل في سمك الزرد النامي العبء الطفري كما اقترحته فرضية الخيوط الخالدة. [11]

نماذج أخرى

بعد أن اقترح كيرنز لأول مرة آلية خيط الحمض النووي الخالد، خضعت النظرية للعديد من التحسينات المحدثة.

في عام 2002، اقترح أنه بالإضافة إلى استخدام آليات خيوط الحمض النووي الخالدة لفصل الحمض النووي، عندما تتعرض خيوط الحمض النووي الخالدة للخلايا الجذعية البالغة للتلف، فإنها ستختار الموت (الموت الخلوي المبرمج) بدلاً من استخدام آليات إصلاح الحمض النووي التي تستخدم عادة في الخلايا غير الجذعية. [12]

قام إيمانويل ديفيد تانينباوم وجيمس شيرلي بتطوير نموذج كمي يصف كيف قد يختلف إصلاح الطفرات النقطية في الخلايا الجذعية البالغة. [13] ووجدوا أنه في الخلايا الجذعية البالغة، يكون الإصلاح أكثر كفاءة إذا استخدموا آلية خيط الحمض النووي الخالد لفصل الحمض النووي، بدلاً من آلية الفصل العشوائي. ستكون هذه الطريقة مفيدة لأنها تتجنب إصلاح طفرات الحمض النووي بشكل خاطئ في كل من خيطي الحمض النووي ونشر الطفرة.

الآليات

يتطلب الإثبات الكامل لمفهوم ما عمومًا آلية معقولة يمكن أن تتوسط التأثير. وعلى الرغم من الجدل الدائر حول هذا الأمر، إلا أن هناك اقتراحًا مفاده أن محرك الداينين ​​يمكن أن يوفر هذه الآلية. [14] ويصاحب هذه الورقة تعليق يلخص النتائج والخلفية. [15]

ومع ذلك، فقد حظي هذا العمل باحترام كبير بين علماء الأحياء من بين منتقديه كما يتضح من تعليق إضافي على ورقة بحثية كتبها نفس المؤلفين في عام 2006. [16] وقد دحض المؤلفون الانتقادات. [17]

انظر أيضا

مراجع

  1. ^ كيرنز، جون (1975). "اختيار الطفرات والتاريخ الطبيعي للسرطان". مجلة نيتشر . 255 (5505): 197-200. رمز Bibcode :1975Natur.255..197C. doi :10.1038/255197a0. PMID  1143315. S2CID  4216433.
  2. ^ abc Potten, CS; Owen, G.; Booth, D. (2002). "الخلايا الجذعية المعوية تحمي جينومها عن طريق الفصل الانتقائي لخيوط الحمض النووي القالبية". مجلة علوم الخلايا . 115 (الجزء 11): 2381–8. doi : 10.1242/jcs.115.11.2381 . PMID  12006622.
  3. ^ ab Smith, GH (2005). "الخلايا الظهارية التي تحتفظ بالعلامات في الغدة الثديية للفأر تنقسم بشكل غير متماثل وتحتفظ بخيوط الحمض النووي القالبية الخاصة بها". تطوير . 132 (4): 681-687. doi : 10.1242/dev.01609 . PMID  15647322.
  4. ^ ab Lark, KG (1967). "الانفصال غير العشوائي للكروماتيدات الشقيقة في Vicia faba وTriticum boeoticum". وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم . 58 (1): 352-359. Bibcode :1967PNAS...58..352L. doi : 10.1073 /pnas.58.1.352 . PMC 335640. PMID  5231616. 
  5. ^ شيرلي، جيمس إل.؛ تونستيد، جيمس ر.؛ لانسيتا، جانيس أ.؛ ميروك، جوشوا ر. (ديسمبر 2002). "التجمع المشترك للكروموسومات التي تحتوي على خيوط الحمض النووي الخالدة في الخلايا التي تدور مع حركية الخلايا الجذعية غير المتماثلة". أبحاث السرطان . 62 (23): 6791-6795. PMID  12460886.
  6. ^ زيبس، ن.؛ داوكينز، هـ.ج.؛ باباديميتريو، ج.م.؛ ريدموند، إس. إل.؛ والترز، إم. آي. (ديسمبر 1996). "اكتشاف مجموعة من الخلايا طويلة العمر في الظهارة الثديية للفأر". أبحاث الخلايا والأنسجة . 286 (3): 525-536. doi :10.1007/s004410050722. ISSN  0302-766X. PMID  8929355. S2CID  29700312.
  7. ^ Karpowicz, Phillip; Morshead, Cindi; Kam, Angela; Jervis, Eric; Ramunas, John; Cheng, Vincent; Van Der Kooy, Derek (2005). "دعم فرضية السلسلة الخالدة: الخلايا الجذعية العصبية تقسم الحمض النووي بشكل غير متماثل في المختبر". مجلة علم الأحياء الخلوية . 170 (5): 721-732. doi :10.1083/jcb.200502073. PMC 2171352. PMID  16115957 . 
  8. ^ شينين، فاسيلي؛ جايرود-موريل، باربرا؛ جوميز، دانييل؛ تاجباخش، شهراجيم (2006). "الانقسام غير المتماثل والتجمع المشترك لخيوط الحمض النووي القالب في خلايا الأقمار الصناعية العضلية البالغة". علم الأحياء الخلوي الطبيعي . 8 (7): 677-682. doi :10.1038/ncb1425. PMID  16799552. S2CID  21495596.
  9. ^ كونبوي، مايكل جيه؛ كاراسوف، أرييلا أو؛ راندو، توماس أ. (2007). "ارتفاع معدل فصل خيوط القالب غير العشوائي وتحديد المصير غير المتماثل في الخلايا الجذعية المنقسمة وذريتها". PLOS Biology . 5 (5): e102. doi : 10.1371/journal.pbio.0050102 . PMC 1852584. PMID  17439301 . 
  10. ^ كوروكي، توشيو؛ موراكامي، يوشينوري (1989). "الفصل العشوائي لخيوط الحمض النووي في الخلايا القاعدية البشروية". المجلة اليابانية لأبحاث السرطان . 80 (7): 637-642. doi :10.1111/j.1349-7006.1989.tb01690.x. PMC 5917816. PMID  2507487 . 
  11. ^ abc Glasauer SMK, Triemer T, Neef AB, Neuhauss SCF, Luedtke NW. فصل خيوط قالب الحمض النووي في سمك الزرد النامي. Cell Chem Biol. 18 نوفمبر 2021؛ 28(11): 1638-1647.e4. doi: 10.1016/j.chembiol.2021.09.001. Epub 29 سبتمبر 2021. PMID 34592171
  12. ^ كيرنز، ج. (2002). "الخلايا الجذعية الجسدية وحركية الطفرات والسرطان". وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم . 99 (16): 10567-10570. Bibcode :2002PNAS...9910567C. doi : 10.1073/pnas.162369899 . PMC 124976. PMID  12149477 . 
  13. ^ تانينباوم، إيمانويل؛ شيرلي، جيمس إل ؛ شاخنوفيتش، يوجين آي. (2005). "الديناميكيات التطورية للخلايا الجذعية البالغة: مقارنة آليات الفصل العشوائي والخالدة". المراجعة الفيزيائية 71 (4): 041914. arXiv : q-bio/0411048 . رمز Bibcode : 2005PhRvE..71d1914T. doi : 10.1103/physreve.71.041914. PMID  15903708. S2CID  11529637.
  14. ^ أرماكولاس، أ.؛ كلار، أ. ج. س. (2007). "محرك الداينين ​​الأيسر والأيمن المتورط في الفصل الانتقائي للكروماتيدات في خلايا الفئران". ساينس . 315 (5808): 100-101. رمز Bibcode :2007Sci...315..100A. doi :10.1126/science.1129429. PMID  17204651. S2CID  14884631.
  15. ^ سابينزا، كارمن (5 يناير 2007). "هل يستخدم واتسون وكريك المحرك من X إلى Z؟". مجلة العلوم . 315 (5808): 46-47. doi :10.1126/science.1137587. PMID  17204629. S2CID  45100452.
  16. ^ Haber, JE (2006). "تعليق على ""نوع الخلية ينظم الفصل الانتقائي لخيوط الحمض النووي للكروموسوم 7 للفأر في الانقسام المتساوي"". مجلة العلوم . 313 (5790): 1045b. رمز Bibcode :2006Sci...313.1045H. doi : 10.1126/science.1127836 . PMID  16931739.
  17. ^ Klar, Amar JS; Armakolas, Athanasios (25 أغسطس 2006). "الرد على التعليق على ""نوع الخلية ينظم الفصل الانتقائي لخيوط الحمض النووي للكروموسوم 7 للفأر في الانقسام المتساوي""". Science . 313 (5790): 1045. Bibcode :2006Sci...313.1045K. doi : 10.1126/science.1128552 . PMID  16931739.
تم الاسترجاع من "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=فرضية_سلسلة_الحمض_النووي_الخالدة&oldid=1196492998"
Original text
Rate this translation
Your feedback will be used to help improve Google Translate