زينوبوس

تتميز جميع أنواع الضفادع من جنس زينوبوس بأجسام مسطحة، بيضاوية الشكل نوعًا ما، وانسيابية، وجلد شديد النعومة (بسبب طبقة مخاطية واقية). ^{[ 7 ]} جلد الضفدع أملس، ولكنه يحتوي على عضو حسي جانبي يشبه الغرز. جميع الضفادع سباحون ماهرون، ولها أصابع قوية متصلة بأغشية كاملة، بينما أصابع اليدين غير متصلة. ثلاثة من أصابع كل قدم لها مخالب سوداء بارزة .

تقع عينا الضفدع أعلى رأسه، وتتجهان للأعلى. بؤبؤا العينين دائريان. ليس لديه جفون متحركة ، ولا لسان (بل هو متصل تمامًا بأرضية الفم ^{[ 7 ]} )، ولا طبلة أذن (على غرار ضفدع سورينام الشائع، Pipa pipa ^{[ 8 ]} ). ^{[ 9 ]}

على عكس معظم البرمائيات، لا يوجد لديهم هابتوغلوبين في دمائهم . ^{[ 9 ]}

تُعدّ أنواع الضفدع الأفريقي (Xenopus) مائية بالكامل ، على الرغم من رصد هجرتها على اليابسة إلى المسطحات المائية القريبة خلال فترات الجفاف أو الأمطار الغزيرة. وتوجد عادةً في البحيرات والأنهار والمستنقعات والحفر في الجداول والخزانات الاصطناعية. ^{[ 9 ]}

تُعدّ الضفادع البالغة عادةً مفترسة وقادرة على التغذّي على الجيف ، ولأنّ ألسنتها غير قابلة للاستخدام، تستخدم أطرافها الأمامية الصغيرة للمساعدة في عملية التغذية. ولأنّها تفتقر أيضًا إلى الأكياس الصوتية ، فإنّها تُصدر نقرات (نبضات صوتية قصيرة) تحت الماء (على غرار ضفدع بيبا بيبا ). ^{[ 8 ]} يُرسي الذكور تسلسلًا هرميًا للهيمنة الاجتماعية، حيث يكون لذكر واحد الحق في إصدار نداء التزاوج. ^{[ 10 ]} تُصدر إناث العديد من الأنواع نداءً للتزاوج، وتُصدر إناث ضفدع زينوبوس ليفيس نداءً إضافيًا عندما تكون جاهزة للتزاوج وعلى وشك وضع البيض. ^{[ 11 ]} تنشط أنواع زينوبوس أيضًا خلال ساعات الشفق (أو ساعات الغسق ). ^{[ 9 ]}

خلال موسم التزاوج، تنمو لدى الذكور وسائد تزاوج سوداء اللون تشبه التلال على أصابعها لتسهيل الإمساك بالأنثى. ويكون عناق التزاوج لدى الضفادع أربيًا، أي أن الذكر يمسك الأنثى من خصرها. ^{[ 9 ]}

تم وصف الأنواع الأحفورية التالية: ^{[ 12 ]}

• † Xenopus Arabiensis Henrici and Báez 2001 - المجموعة البركانية اليمنية الأوليجوسينية ، اليمن
• † Xenopus hasaunus Spinar 1980
• † Xenopus romeri Estes 1975 - تشكيل إيتابورايان إيتابوراي ، البرازيل
• † Xenopus stromeri Ahl 1926
• قارن بـ Xenopus sp. - العصر الكامباني - تكوين لوس ألاميتوس ، الأرجنتين
• زينوبوس (زينوبوس) sp. - تكوين نسونغوي، العصر الأوليغوسيني المتأخر ، تنزانيا
• زينوبوس sp. - العصر الميوسيني ، المغرب
• زينوبوس sp. - تكوين أولدوفاي، العصر البليستوسيني المبكر ، تنزانيا

كما توجد العديد من أنواع "الأحافير الجزيئية" المعروفة اليوم فقط بأنها آباء منقرضون لأنواع متعددة الصبغيات حية. ^{[ 6 ]}

Xenbase ^{[ 20 ]} هي قاعدة بيانات الكائنات النموذجية (MOD) لكل من Xenopus laevis و Xenopus tropicalis . ^{[ 21 ]}

تُستخدم جميع أساليب البحث في الضفدع الأفريقي (الأجنة، والمستخلصات الخالية من الخلايا، والبويضات) بشكل شائع في الدراسات المباشرة لجينات الأمراض البشرية، وفي دراسة الأسس العلمية الكامنة وراء بدء السرطان وتطوره. ^{[ 22 ]} أجنة الضفدع الأفريقي للدراسات الحية لوظيفة جينات الأمراض البشرية: تتميز أجنة الضفدع الأفريقي بكبر حجمها وسهولة التعامل معها، كما يمكن الحصول على آلاف الأجنة في يوم واحد. في الواقع، كان الضفدع الأفريقي أول حيوان فقاري طُوّرت له طرق تسمح بالتحليل السريع لوظيفة الجينات باستخدام التعبير الجيني غير الطبيعي (عن طريق حقن الحمض النووي الريبوزي الرسول ^{[ 23 ]} ). وقد أدى حقن الحمض النووي الريبوزي الرسول في الضفدع الأفريقي إلى استنساخ الإنترفيرون. ^{[ 24 ]} علاوة على ذلك، فإن استخدام مورفولينو-مضادات التعبير الجيني لإسكات الجينات في أجنة الفقاريات، والذي يُستخدم على نطاق واسع الآن، طُوّر لأول مرة بواسطة جانيت هيسمان باستخدام الضفدع الأفريقي . ^{[ 25 ]}

في السنوات الأخيرة، لعبت هذه المناهج دورًا هامًا في دراسات جينات الأمراض البشرية. وقد دُرست آلية عمل العديد من الجينات المتحولة في اضطرابات الكلى الكيسية البشرية (مثل داء الكلى الكيسي النخاعي ) على نطاق واسع في أجنة الضفدع الأفريقي (Xenopus ) ، مما ألقى ضوءًا جديدًا على العلاقة بين هذه الاضطرابات وتكوين الأهداب وإشارات Wnt . ^{[ 26 ]} كما وفرت أجنة الضفدع الأفريقي بيئة اختبار سريعة للتحقق من صحة جينات الأمراض المكتشفة حديثًا. على سبيل المثال، أكدت الدراسات التي أُجريت على الضفدع الأفريقي دور PYCR1 في ارتخاء الجلد المصحوب بخصائص الشيخوخة المبكرة، ووضحته. ^{[ 27 ]}

الضفدع المعدل وراثيًا لدراسة تنظيم نسخ جينات الأمراض البشرية: تنمو أجنة الضفدع بسرعة، لذا يُعد التعديل الوراثي فيها طريقة سريعة وفعالة لتحليل التسلسلات التنظيمية الجينومية. في دراسة حديثة، تبين أن الطفرات في موضع SMAD7 مرتبطة بسرطان القولون والمستقيم لدى الإنسان . تقع هذه الطفرات في تسلسلات محفوظة، ولكنها غير مشفرة، مما يشير إلى أن هذه الطفرات تؤثر على أنماط نسخ SMAD7 . لاختبار هذه الفرضية، استخدم الباحثون التعديل الوراثي في ​​الضفدع ، وكشفوا أن هذه المنطقة الجينومية تحفز التعبير عن بروتين GFP في الأمعاء الخلفية. علاوة على ذلك، أظهرت الكائنات المعدلة وراثيًا التي أُنتجت باستخدام النسخة الطافرة من هذه المنطقة تعبيرًا أقل بكثير في الأمعاء الخلفية. ^{[ 28 ]}

مستخلصات خلايا الضفدع الأفريقي (Xenopus) الخالية من الخلايا لدراسات الكيمياء الحيوية للبروتينات المشفرة بواسطة جينات الأمراض البشرية: تتمثل إحدى المزايا الفريدة لنظام الضفدع الأفريقي في احتواء المستخلصات السيتوبلازمية على كلٍ من البروتينات السيتوبلازمية والنووية الذائبة (بما في ذلك بروتينات الكروماتين). وهذا يختلف عن المستخلصات الخلوية المُحضّرة من الخلايا الجسدية ذات الحجيرات الخلوية المتميزة. وقد قدمت مستخلصات بيض الضفدع الأفريقي رؤىً عديدة حول البيولوجيا الأساسية للخلايا، مع تأثير خاص على انقسام الخلايا وعمليات الحمض النووي المرتبطة به (انظر أدناه).

أسفرت الدراسات التي أُجريت على مستخلصات بيض الضفدع الأفريقي (Xenopus) عن رؤى بالغة الأهمية حول آلية عمل جينات الأمراض البشرية المرتبطة بعدم الاستقرار الجيني وارتفاع خطر الإصابة بالسرطان، مثل ترنح توسع الشعيرات، وسرطان الثدي والمبيض الوراثي المرتبط بجين BRCA1 ، ومتلازمة نيميغن المرتبطة بجين Nbs1 ، ومتلازمة روثمون-تومسون المرتبطة بجين RecQL4 ، وجين c-Myc الورمي، وبروتينات FANC ( فقر الدم فانكوني ). ^{[ 29 ] [ 30 ] [ 31 ] [ 32 ] [ 33 ]}

بويضات الضفدع الأفريقي (Xenopus) لدراسة التعبير الجيني ونشاط القنوات المرتبطة بالأمراض البشرية: من نقاط قوة الضفدع الأفريقي (Xenopus) الأخرى القدرة على قياس نشاط بروتينات القنوات والناقلات بسرعة وسهولة باستخدام التعبير الجيني في البويضات. وقد أدى هذا التطبيق أيضًا إلى رؤى مهمة حول الأمراض البشرية، بما في ذلك الدراسات المتعلقة بانتقال التريبانوسوما ^{[ 34 ]} ، والصرع المصحوب بترنح وصمم حسي عصبي ^{[ 35 ]،} واضطراب النظم القلبي الكارثي ( متلازمة كيو تي الطويلة ) ^{[ 36 ]} ، واعتلال بيضاء الدماغ الضخم ^{[ 37 ] .}

تم مؤخراً إثبات إمكانية تعديل الجينات باستخدام نظام CRISPR/CAS في الضفدع الاستوائي Xenopus tropicalis ^{[ 38 ] [ 39 ]} والضفدع الأفريقي Xenopus laevis ^{[ 40 ]} . تُستخدم هذه التقنية لفحص تأثيرات جينات الأمراض البشرية في الضفدع الأفريقي ، ويتميز النظام بكفاءة عالية لدراسة هذه التأثيرات داخل الأجنة نفسها التي خضعت للتعديل ^{[ 41 ] .}

نقل الإشارات : تُستخدم أجنة الضفدع الأفريقي (Xenopus) ومستخلصاتها الخالية من الخلايا على نطاق واسع في البحوث الأساسية المتعلقة بنقل الإشارات. ففي السنوات القليلة الماضية، قدمت أجنة الضفدع الأفريقي رؤى بالغة الأهمية حول آليات نقل إشارات TGF-beta وWnt. على سبيل المثال، استُخدمت أجنة الضفدع الأفريقي لتحديد الإنزيمات التي تتحكم في إضافة اليوبيكويتين إلى Smad4، ^{[ 42 ]} ولإثبات وجود روابط مباشرة بين مسارات إشارات عائلة TGF-beta الفائقة وشبكات مهمة أخرى، مثل مسار كيناز البروتين المنشط بالمايتوجين (MAPK) ^{[ 43 ]} ومسار Wnt. ^{[ 44 ]} علاوة على ذلك، كشفت طرق جديدة باستخدام مستخلصات البيض عن أهداف جديدة وهامة لمركب تدمير Wnt/GSK3. ^{[ 45 ]}

انقسام الخلايا : سمحت مستخلصات بيض الضفدع الأفريقي (Xenopus) بدراسة العديد من العمليات الخلوية المعقدة في المختبر . ولأن سيتوبلازم البيضة يدعم دورات متتالية بين الانقسام المتساوي والطور البيني في المختبر ، فقد كان له دور حاسم في دراسات متنوعة لانقسام الخلايا. على سبيل المثال، وُجد أن البروتين GTPase الصغير Ran ينظم النقل النووي في الطور البيني، لكن مستخلصات بيض الضفدع الأفريقي كشفت عن الدور الحاسم لبروتين Ran GTPase في الانقسام المتساوي بشكل مستقل عن دوره في النقل النووي في الطور البيني. ^{[ 46 ]} وبالمثل، استُخدمت المستخلصات الخالية من الخلايا لنمذجة تجميع الغلاف النووي من الكروماتين، مما كشف عن وظيفة RanGTPase في تنظيم إعادة تجميع الغلاف النووي بعد الانقسام المتساوي. ^{[ 47 ]} ومؤخرًا، باستخدام مستخلصات بيض الضفدع الأفريقي ، أمكن إثبات الوظيفة الخاصة بالانقسام المتساوي للبروتين النووي لامين B في تنظيم تكوين المغزل ^{[ 48 ]} وتحديد بروتينات جديدة تتوسط ارتباط الحيز الحركي بالأنيبيبات الدقيقة. ^{[ 49 ]} أصبحت الأنظمة الخالية من الخلايا مؤخرًا أدوات بحثية عملية، وغالبًا ما تكون بويضات الضفدع الأفريقي مصدرًا للمستخلصات المستخدمة. وقد أسفر ذلك عن نتائج مهمة في فهم التذبذب الانقسامي والأنيبيبات الدقيقة . ^{[ 50 ]}

التطور الجنيني : تُستخدم أجنة الضفدع الأفريقي (Xenopus) على نطاق واسع في علم الأحياء النمائي. وتشمل أبرز التطورات الحديثة التي حققتها أبحاث الضفدع الأفريقي في السنوات الأخيرة ما يلي:

1. علم التخلق لتحديد مصير الخلية ^{[ 51 ]} وخرائط مرجعية للجينوم ^{[ 52 ]}
2. microRNA في تشكيل الطبقات الجرثومية وتطور العين ^{[ 53 ] [ 54 ]}
3. العلاقة بين ^إشارات Wnt والتيلوميراز ^[ 55 ^]
4. تطور الأوعية الدموية ^{[ 56 ]}
5. تكوين الأمعاء ^{[ 57 ]}
6. تثبيط الاتصال وهجرة خلايا العرف العصبي ^{[ 58 ]} وتكوين العرف العصبي من خلايا البلاستولا متعددة القدرات ^{[ 59 ]}
7. المصير التنموي - دور Notch : أوضح دورسكي وآخرون عام 1995 نمطًا من التعبير يتبعه انخفاض التنظيم ^{[ 60 ].}

تضاعف الحمض النووي : تدعم المستخلصات الخلوية الخالية من الخلايا من الضفدع الأفريقي (Xenopus) التجميع المتزامن وتفعيل مواقع بدء تضاعف الحمض النووي. وقد كان لها دورٌ أساسي في تحديد الوظيفة البيوكيميائية للمركب ما قبل التضاعف، بما في ذلك بروتينات MCM. ^{[ 61 ] [ 62 ]}

استجابة تلف الحمض النووي : لعبت المستخلصات الخلوية دورًا محوريًا في كشف مسارات الإشارات التي يتم تنشيطها استجابةً لكسور الحمض النووي المزدوجة (ATM)، أو توقف شوكة التضاعف (ATR)، أو الروابط المتقاطعة بين خيوط الحمض النووي (بروتينات FA وATR). والجدير بالذكر أن العديد من آليات ومكونات مسارات نقل الإشارة هذه قد تم تحديدها لأول مرة في الضفدع الأفريقي (Xenopus ). ^{[ 31 ] [ 63 ] [ 64 ]}

الاستماتة : توفر بويضات الضفدع الأفريقي (Xenopus) نموذجًا مناسبًا للدراسات البيوكيميائية للاستماتة. وقد استُخدمت هذه البويضات مؤخرًا لدراسة الآليات البيوكيميائية لتفعيل كاسبيز-2؛ ومن المهم أن هذه الآلية محفوظة في الثدييات. ^{[ 65 ]}

الطب التجديدي : في السنوات الأخيرة، ازداد الاهتمام بعلم الأحياء النمائي بشكل كبير بفضل ما يبشر به الطب التجديدي. وقد لعب الضفدع الأفريقي (Xenopus) دورًا هامًا في هذا المجال. فعلى سبيل المثال، أدى التعبير عن سبعة عوامل نسخ في خلايا الضفدع الأفريقي متعددة القدرات إلى تمكين هذه الخلايا من التطور إلى عيون وظيفية عند زرعها في أجنة الضفدع ، مما يوفر رؤى قيّمة حول إصلاح تنكس أو تلف الشبكية. ^{[ 66 ]} وفي دراسة مختلفة تمامًا، استُخدمت أجنة الضفدع الأفريقي لدراسة تأثير شد الأنسجة على التكوين الشكلي، ^{[ 67 ]} وهي مسألة بالغة الأهمية لهندسة الأنسجة في المختبر . تُعد أنواع الضفدع الأفريقي كائنات نموذجية مهمة لدراسة تجديد الحبل الشوكي، لأنه على الرغم من قدرتها على التجديد في مراحلها اليرقية، إلا أنها تفقد هذه القدرة في المراحل المبكرة من التحول. ^{[ 68 ]}

علم وظائف الأعضاء : يُعدّ النبض الموجه للخلايا متعددة الأهداب ضروريًا لنمو الجهاز العصبي المركزي، والمجرى التنفسي، وقناة البيض، والحفاظ على توازنها. وقد طُوّرت مؤخرًا الخلايا متعددة الأهداب في بشرة الضفدع الأفريقي (Xenopus) لتكون أول بيئة اختبار حية لدراسة هذه الأنسجة الهدبية، وقد قدمت هذه الدراسات رؤى مهمة حول التحكم البيوميكانيكي والجزيئي في النبض الموجه. ^{[ 69 ] [ 70 ]}

الأكتين : من النتائج الأخرى لمستخلصات بويضات الضفدع الأفريقي الخالية من الخلايا تحسين فهم الأكتين. ^{[ 50 ]}

نظراً لسهولة الحصول على كميات هائلة من المواد، يتم الآن استخدام جميع أساليب البحث في الضفدع الأفريقي (Xenopus) لإجراء عمليات فحص تعتمد على الجزيئات الصغيرة.

علم الوراثة الكيميائية لنمو الأوعية الدموية في يرقات ضفادع الزينوبوس : نظرًا للدور المهم لتكوين الأوعية الدموية الجديدة في تطور السرطان، استُخدمت أجنة الزينوبوس مؤخرًا لتحديد جزيئات صغيرة جديدة مثبطة لنمو الأوعية الدموية. والجدير بالذكر أن المركبات التي تم تحديدها في الزينوبوس كانت فعالة في الفئران. ^{[ 71 ] [ 72 ]} كما برزت أجنة الضفادع بشكل لافت في دراسة استخدمت مبادئ التطور لتحديد عامل جديد مُعطِّل للأوعية الدموية قد يكون له إمكانات علاجية كيميائية. ^{[ 73 ]} وقد نُشر هذا العمل في قسم العلوم بصحيفة نيويورك تايمز. ^{[ 74 ]}

اختبار المواد المحتملة المسببة لاضطرابات الغدد الصماء في أجنة الضفدع المعدلة وراثيًا (Xenopus) في الجسم الحي ؛ تم مؤخرًا تطوير اختبار عالي الإنتاجية لاضطراب الغدة الدرقية باستخدام أجنة الضفدع المعدلة وراثيًا (Xenopus) . ^{[ 75 ]}

فحص الجزيئات الصغيرة في مستخلصات بيض الضفدع الأفريقي : توفر مستخلصات البيض تحليلاً سهلاً للعمليات البيولوجية الجزيئية، ويمكن فحصها بسرعة. وقد استُخدم هذا النهج لتحديد مثبطات جديدة لإنزيمات تحلل البروتين وإصلاح الحمض النووي بوساطة البروتيازوم. ^{[ 76 ] [ 77 ]}

على الرغم من أن الضفدع الأفريقي المخلبي (Xenopus laevis) هو النوع الأكثر استخدامًا في دراسات بيولوجيا النمو ، إلا أن الدراسات الجينية، وخاصة الدراسات الجينية المباشرة، قد تكون معقدة بسبب جينومه شبه الرباعي الصبغي . يوفر الضفدع الأفريقي الاستوائي (Xenopus tropicalis) نموذجًا أبسط للدراسات الجينية، نظرًا لامتلاكه جينومًا ثنائي الصبغي .

يمكن تقليل التعبير الجيني بوسائل متعددة، منها استخدام قليل النوكليوتيدات المضادة التي تستهدف جزيئات mRNA محددة. غالبًا ما تُعدّل قليل النوكليوتيدات DNA المكملة لجزيئات mRNA محددة كيميائيًا لتحسين استقرارها داخل الكائن الحي . تشمل التعديلات الكيميائية المستخدمة لهذا الغرض: الفوسفوروثيوات، و2'-O-ميثيل، والمورفولينو، وفوسفوراميدات MEA، وفوسفوراميدات DEED. ^{[ 78 ]}