اكتشف العلماء ساعة بيولوجية لا تشبه أي شيء شوهد من قبل

تعمل الساعة الجينية المكتشفة حديثًا بمثابة ضابط الوقت التنموي للجسم، حيث تقوم بتنسيق دفعات النشاط الجيني اللازمة للنمو.

ووجد العلماء أنه عندما تتعطل هذه الساعة، يتوقف التطور.

فكر في قطار يجلس في المحطة. لقد صعد الركاب إلى الطائرة، ويقوم موصلو التذاكر بفحص التذاكر، وكل شيء جاهز للانطلاق. لكن إذا لم تشير ساعة المهندس أبدًا إلى المغادرة، فستظل الأبواب مفتوحة، ولن تنطلق الصافرة أبدًا، ولن يغادر القطار الرصيف أبدًا.

يمكن أن تحدث مشكلة مماثلة داخل الكائنات الحية عندما يحدث خطأ في توقيت النمو. فبدلاً من تأخير الرحلة، يمكن أن يؤدي حدوث خلل في الجدول الزمني الداخلي للجسم إلى منع النمو والنضج الطبيعي.

حدد الباحثون في مختبر كولد سبرينج هاربور (CSHL) الآن ما يبدو أنه ساعة تطور رئيسية في الدودة الصغيرة C. elegans. يساعد هذا الاكتشاف في تفسير كيفية معرفة الخلايا بالضبط متى يتم تنشيط البرامج الجينية الرئيسية أثناء النمو والتطور.

ساعة رئيسية للتنمية

أظهر العمل السابق الذي أجراه أستاذ CSHL كريستوفر هاميل وزملاؤه أن تطور C. elegans مدفوع بدفعات أو نبضات من نشاط الجينات. وما بقي غير واضح هو كيفية توقيت تلك النبضات بهذه الدقة.

تكشف الدراسة الجديدة أن اثنين من البروتينات المعروفة بالفعل للعلماء، MYRF-1 وLIN-42، يشكلان دائرة ردود فعل تعمل كساعة تطورية مركزية. ويحددون معًا متى تبدأ كل نبضة من التعبير الجيني ومدة استمرارها.

ووفقا للباحثين، فإن هذا هو المثال الأول لساعة بيولوجية مصممة لتعمل من خلال تسلسل محدود من الأحداث بدلا من التكرار المستمر.

يوضح هاميل: “هذه هي الساعة المركزية لجميع الخلايا في الدودة”. “إنها مسؤولة عن تنسيق سلسلة محدودة من النبضات المتسلسلة للتعبير الجيني والتي يجب أن تحدث مرة واحدة فقط، ومن أجل تحقيق التقدم التنموي المناسب. إنها مثل السقاطة. فهي تقوم بتشغيل وإيقاف الجينات عدة مرات أثناء التطور، ولكن في النهاية، تسير في اتجاه واحد فقط.”

كيف يحافظ MYRF-1 وLIN-42 على حركة النمو

وللكشف عن كيفية عمل النظام، قام الفريق بدمج تجارب البيولوجيا الجزيئية التقليدية مع الحمض النووي التسلسل، تسلسل البروتين، و الذكاء الاصطناعي أداة AlphaFold.

وأظهرت النتائج التي توصلوا إليها أن MYRF-1 يلعب عدة أدوار حاسمة أثناء التطوير. يساعد البروتين على إطلاق كل موجة جديدة من النشاط الجيني وهو ضروري أيضًا لنقطة التفتيش التي تمثل نهاية كل مرحلة من مراحل النمو.

بمجرد أن تبدأ نبضة التعبير الجيني، يقوم MYRF-1 بتنشيط LIN-42. ثم ينظم LIN-42 مدى قوة النبض ومدة استمراره.

عندما قام الباحثون بحظر MYRF-1، انهارت عملية النمو بأكملها، مما يدل على مدى أهمية البروتين للحفاظ على النمو على المسار الصحيح.

يقول هاميل: “لم نشهد شيئًا كهذا من قبل”. “يعد MYRF-1 جزءًا من هذه الساعة التنظيمية الرئيسية لجميع الخلايا، ولكنه يعمل أيضًا كصانع المفاتيح والمفتاح الرئيسي لكل مرحلة من مراحل النمو. وبدون المفتاح الصحيح لكل مرحلة، سيصطدم التطور بحائط ولا يمكن أن يتقدم.”

أسئلة جديدة حول الاتصالات الخلوية

ضم فريق البحث أيضًا مدير أبحاث CSHL ليمور جوشوا تور. يبحث العلماء الآن في كيفية تفاعل MYRF-1 وLIN-42 جسديًا وما إذا كانت الساعات الخلوية الفردية تتواصل مع بعضها البعض أثناء التطور.

إن فهم كيفية بقاء أنظمة التوقيت هذه منسقة يمكن أن يوفر رؤى مهمة حول النمو الخلوي والتمايز والتقدم التنموي.

يقول هاميل: “تعمل دائرة MYRF-1/LIN-42 في جميع الخلايا”. “وكل واحدة من هذه الساعات الخلوية المستقلة تبدو متزامنة عندما تشاهد التطور الطبيعي. ولكن هل تتواصل مع بعضها البعض؟ لم نفكر بعمق في هذا السؤال من قبل”.

القرائن المحتملة لاضطرابات النمو

إن الإجابة على هذا السؤال يمكن أن تساعد العلماء في النهاية على فهم اضطرابات النمو والأمراض الوراثية بشكل أفضل. ومن خلال الكشف عن كيفية بقاء ساعات النمو في الجسم متزامنة، قد يقدم هذا العمل أدلة جديدة حول ما يحدث عندما تفشل هذه الأنظمة.

وكما لا يمكن للقطار أن يغادر المحطة دون الإشارة الصحيحة، فإن التطور الصحي يعتمد على التوقيت الدقيق. يعتقد الباحثون الآن أنهم حددوا إحدى الآليات الرئيسية التي تحافظ على تقدم هذه العملية للأمام.

المرجع: “المؤقت الجزيئي يربط بين الهوية الزمنية على مستوى الكائن الحي ونقاط التفتيش التنموية” بقلم بيبي وو، وجينغ وانغ، وبريت بريور، وإيزابيلا فالنتينو، وديفيد إف ريتر، وكايزر لويل، وأوليا ياريشكيفسكا، وشاي شاهام، وجاستن كيني، وسيفينك إركان، وليمور جوشوا تور، وكريستوفر إم هاميل، 6 مايو 2026، وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم.
دوى: 10.1073/pnas.2606846123

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