التيلومير الغامض

في عام 2009م جائزة نوبل في الطب منحت لثلاثة من العلماء الذين حلوا مشكلة رئيسية في البيولوجيا : كيف أن الصبغيات يمكن نسخها بطريقة كاملة خلال انقسامات الخلية ، وكيف أنها محمية من النقص.

أظهر الحائزون على جائزة نوبل أن الحل يكمن في نهايات الصبغيات – التيلوميراتtelomeres  - وفي الإنزيم الذي يكونها – التيلوميرازtelomerase 
منذ فترة طويلة ، جزيئات الحمض النوويDNA  شبة الخيط التي تحمل جيناتنا معبأة في الصبغيات ، والتيلوميرات توجد أغطية على نهاياتها. اكتشفا إليزابيث بلاكبيرن وجاك زوستاك ان تسلسل فريد للحمض النووي في تيلوميرز يحمي الصبغيات من النقص. كارول جريدر وإليزابيث بلاكبيرن حددتا التيلوميراز وهو الانزيم الذي يصنع تيلومير الحمض النووي. هذه الاكتشافات تشرح كيف أن نهايات الصبغيات يحميها التيلوميرات التي يتم بناؤها من قبل التيلوميراز.
إذا التيلوميرات قُصرت ، فالخلايا تشيخ. وبالعكس ، اذا كان نشاط التيلوميرات عالي ، فطول التيلومير محافظ عليه، والشيخوخة الخلوية تتأخر. هذا هو الحال في الخلايا السرطانية ، التي يمكن اعتبار أن يكون لها حياة أبدية. بعض الأمراض الوراثية ، في المقابل ، هي تتميز بتيلوميرات معيبة ، مما يؤدي إلى خلايا تالفة. يدرك مانحو جائزة نوبل ان اكتشاف الآلية الأساسية في الخلية ،هو الاكتشاف الذي يحفز لتطوير استراتيجيات علاجية جديدة.

التيلومير  الغامض

تحتوي الصبغياتchromosomes على جيناتنا في جزيئات الحمض النووي. وفي وقت مبكر من الثلاثينات ، هيرمان مولر (جائزة نوبل 1946) وباربرا ماكلينتوك (جائزة نوبل 1983) قد لاحظا أن التراكيب في نهايات الصبغيات ، المسماة التيلوميرات، بدت لمنع الصبغيات من الالتصاق بعضها البعض. هم شكوا في أن التيلوميرات يمكن أن يكون لها الدور الوقائي ، ولكن كيف تعمل ظل لغزا.
عندما بدأ العلماء فهم كيف يتم نسخ الجينات ، في الخمسينيات ، مشكلة أخرى قدمت نفسها. حين توشك الخلية على الانقسام ، جزيئات الحمض النووي ، التي تحتوي على أربع قواعد التي تشكل الشفرة الوراثية ، يتم نسخها قاعدة قاعدة ، بواسطة إنزيمات بوليمريز الحمض النووي polymerase،  لواحد من خيطي الحمض النووي ، توجد مشكلة ان تلك النهاية من الخيط لا يمكن نسخها.
ولذا فالصبغيات يجب ان تقصر في كل مرة تنقسم فيها الخلية - ولكن في الواقع هذا ليس عادة ما يحدث.

 

كلتا هاتين المشكلتين تم حلها عندما فائزو جائزة نوبل لهذا العام اكتشفوا كيفية عمل التيلومير ووجدوا الإنزيم الذي ينسخه.

تليميرالحمض النووي يحمي الصبغيات

في المرحلة المبكرة من حياتها المهنية إليزابيث بلاكبيرن عينت تسلسل الحمض النووي. عند دراسة صبغيات التتراهيمينا Tetrahymena - كائن وحيد الخلية لديه أهداب - تعرفت على سلسلة الحمض النووي التي تكررت عدة مرات في نهايات الصبغيات. وظيفة هذا التسلسل - CCCCAA -  لم تتضح بعد. في الوقت نفسه ، كان جاك زوستاك أدلى بملاحظة أن جزيء الحمض النووي الخطي ، وهو نوع من صغار الصبغيات minichromosome ، سرعان ما ينقص إذا قُدّم إلى خلايا الخميرة .
بلاكبيرن قدمت نتائجها في مؤتمر عقد في عام 1980،فأثارت اهتمام  جاك زوستاك فقرر هو وبلاكبيرن  إجراء التجربة التي من شأنها أن تلغي الفروق بين 
الأنواع البعيدة .

 بلاكبيرن عزلت تسلسل CCCCAA من الحمض النووي للTetrahymena. زوستاك أضافها إلى  صغار الصبغيات ووضعها من جديد في خلايا الخميرة. النتائج نشرت في عام 1982 ، لفتت النظر الى ان تسلسل تيلومير الحمض النووي حمت صغار الصبغيات من النقص. على الرغم ان تيلومير الحمض النووي من كائن حي  Tetrahymena  حمى الصبغيات من شيء مختلف تماما ، خميرة ، وهذا يدل على وجود آلية أساسية غير معترف بها سابقا
، و في وقت لاحق ، أصبح واضحا أن تيلوميرالحمض النووي بتسلسله سمة موجودة في معظم النباتات والحيوانات ، من الاميبا إلى الانسان.

الأنزيم الذي يبني التيلوميرات

كانت كارول جريدر ، آنذاك طالبة دراسات عليا-المشرفة عليها بلاكبيرن – قد بدأت التحقق إذا تشكيل تيلومير الحمض النووي قد يكون بسبب إنزيم مجهول ، وفي يوم عيد الميلاد عام 1984 ، جريدر اكتشفت دلائل على نشاط أنزيمي في مستخلص خلية. جريدر وبلاكبيرن اطلقا على الانزيم أسم التيلوميرازtelomerase  ، ونقياه ، وبينتا أنه يتكون من حمض R.N.A ، وكذلك البروتين.

ان حمض R.N.A يحتوي على تسلسل CCCCAA فهو بمثابة القالب عندما التيلومير يُبنى ، في حين أن البروتين هو المكون اللازم لأعمال البناء ، بمعنى اخر النشاط الأنزيمي. التيلوميراز يطيل تيلومير الحمض النووي شريطة توفير البرنامج الذي يتيح لإنزيمات بوليمريز الحمض النووي  polymerase نسخ كامل طول الصبغ بدون فقد جزء النهاية ذاته.

التيلوميرات تؤخر شيخوخة الخلايا

بدأ العلماء الآن التحقق في ما هي الأدوار التي يمكن أن يقوم بها التيلومير في الخلية. مجموعة زوستاك ربطت خلايا الخميرة مع التحولات التي أدت إلى تقليص تدريجي للتيلوميرات. وهذه الخلايا نمت بشكل سيء وتوقفت في النهاية عن الانقسام. بلاكبيرن ومساعديها جعلوا طفرات R.N.A التيلوميراز فلاحظوا آثار مماثلة في Tetrahymena. في كلتا الحالتين ، هذا أدى إلى الشيخوخة الخلوية قبل أوانها  - الهرم senescence. في المقابل ، التيلوميرات بدلا من ذلك  تمنع الأضرار الصبغية وتؤخر الشيخوخة الخلوية senescence cellular. في وقت لاحق مجموعة جريدر أظهرت أن الشيخوخة في الخلايا البشرية هي أيضا تتأخر بالتيلوميراز. البحث في هذا المجال كان مكثفا ومن المعروف الآن أن تسلسل الحامض النووي في التيلومير تجذب البروتينات التي تشكل الغطاء الواقي حول النهايات الهشة لخيوط الحمض النووي.

قطعة مهمة في اللغز - شيخوخة الإنسان والسرطان والخلايا الجذعية

هذه الاكتشافات كان لها أثر كبير في الأوساط العلمية. وتكهن العديد من العلماء إن تقصير التيلومير يمكن أن يكون السبب وراء الشيخوخة ، وليس فقط في الخلايا الفردية وإنما أيضا في الكائن الحي ككل. ولكن عملية الشيخوخة ظهرت معقدة وأنه ُيعتقد الآن انها تعتمد على عوامل عديدة ومختلفة ، التيلومير واحد منها. البحث في هذا المجال لا يزال مكثفا فمعظم الخلايا الطبيعية لا تنقسم كثيرا ولذلك فإن الصبغيات ليست في خطر التقصير وأنها لا تحتاج إلى ارتفاع نشاط التيلوميراز . في المقابل ، خلايا السرطان لديها القدرة على الانقسام بشكل لا نهائي وتبقى تيلوميراتها رغم ذلك. كيف هي تنجو من الشيخوخة الخلوية؟ احد التفاسير أصبح واضحا مفاده أن خلايا السرطان في كثير من الأحيان قد زادت من نشاط التيلوميراز. لذا كان من المقترح أن السرطان قد يكون علاجه عن طريق استئصال التيلوميراز. عديد من الدراسات جارية حاليا في هذا المجال بما في ذلك التجارب الطبية التي ُتقيّم لقاحات موجهة ضد الخلايا ذات نشاط تيلوميراز مرتفع.
من المعروف الآن ان بعض الأمراض الموروثة قد يكون سببها عيوب التيلوميراز ، بما في ذلك أشكال معينة من فقر الدم اللاتنسجي الخلقية congenital aplastic anemia التي انقسامات الخلية غير كافية في الخلايا الجذعية لنخاع العظام مما يؤدي إلى فقر الدم الشديد. بعض الأمراض الوراثية في الجلد والرئتين وأيضا بسبب عيوب التيلوميراز.
في الختام ، إن إكتشافات بلاكبيرن و جريدر و زوستاك  قد أضافت بعدا جديدا لدينا لفهم الخلية ، وسلطت الضوء على آليات المرض ، وحفّزت لتطوير علاجات جديدة محتملة.

ملاحظة :

نشر هذا المقال في صحيفة الجمهورية (اليمنية) بتاريخ 9مارس2011م