تسمح البروتينات للخلايا بتذكر أن انقسامها الأخير سار بشكل جيد

عندما نتحدث عن الذاكرة في علم الأحياء، فإننا نميل إلى التركيز على الدماغ وتخزين المعلومات في الخلايا العصبية. لكن العديد من الذكريات الأخرى لا تزال موجودة في خلايانا. تتذكر الخلايا تاريخ تطورها، وما إذا كانت قد تعرضت لمسببات الأمراض، وما إلى ذلك. وهذا يثير سؤالًا كان من الصعب الإجابة عليه: كيف يمكن لشيء أساسي مثل الخلية أن يحتفظ بالمعلومات عبر أقسام متعددة؟

لا توجد إجابة واحدة ومن الصعب جدًا فرز التفاصيل في كثير من الحالات. لكن العلماء طوروا الآن نظام ذاكرة بالتفصيل. الخلايا قادرة على تذكر الأوقات التي واجه فيها آباؤها صعوبة في الانقسام، وهي مشكلة غالبًا ما ترتبط بتلف الحمض النووي والسرطان. وإذا كانت المشاكل سيئة بما فيه الكفاية، فإن الخليتين الناتجتين عن الانقسام ستتوقفان عن الانقسام.

اضبط مؤقتًا

في الكائنات متعددة الخلايا، يتم تنظيم انقسام الخلايا بعناية شديدة. الانقسام غير المنضبط هو السمة المميزة للسرطان. لكن المشاكل المتعلقة بالأجزاء المنقسمة المختلفة – أشياء مثل نسخ الحمض النووي، وإصلاح أي ضرر، والتأكد من أن كل خلية وليدة تتلقى العدد الصحيح من الكروموسومات – يمكن أن تؤدي إلى حدوث طفرات. لذا فإن عملية انقسام الخلايا تتضمن العديد من نقاط التفتيش حيث تتأكد الخلية من أن كل شيء يعمل بشكل صحيح.

ولكن إذا مرت الخلية بجميع نقاط التفتيش، فمن المحتمل أن يكون كل شيء على ما يرام، أليس كذلك؟ ليس تماماً، كما اتضح.

الانقسام هو جزء من انقسام الخلايا حيث يتم فصل الكروموسومات المكررة في كل خلية ابنة. إن قضاء الكثير من الوقت في الانقسام الفتيلي يمكن أن يعني أن الكروموسومات تعرضت لأضرار، مما قد يسبب مشاكل في المستقبل. وقد أظهرت الأبحاث السابقة أن بعض الخلايا المشتقة من الشبكية ستسجل عندما يستغرق الانقسام الفتيلي وقتًا طويلاً وتتوقف الخلايا الوليدة عن الانقسام.

بدأ العمل الجديد، الذي أجراه فريق من الباحثين من أوكيناوا واليابان وسان دييغو، بإظهار أن هذا السلوك لم يقتصر على خلايا الشبكية: بل يبدو أنه استجابة عامة للانقسام الفتيلي البطيء. أظهرت تجارب التوقيت الدقيقة أنه كلما زاد الوقت الذي تقضيه الخلايا في محاولة الخضوع للانقسام الفتيلي، زاد احتمال توقف الخلايا الوليدة عن الانقسام. يطلق الباحثون على هذا النظام اسم “المؤقت الانقسامي”.

إذًا كيف تدير الخلية ساعة توقيت؟ ليس الأمر كما لو أنه يمكن أن يطلب من Siri ضبط مؤقت: فهو يقتصر إلى حد كبير على العمل مع الأحماض النووية والبروتينات.

اتضح أنه، كما هو الحال مع العديد من الأشياء المتعلقة بانقسام الخلايا، فإن الإجابة تكمن في بروتين يسمى p53. وهو بروتين ضروري للعديد من المسارات التي تكشف عن تلف الخلايا وتمنعها من الانقسام في حالة وجود مشاكل. (قد تتذكر هذا من تغطيتنا الأخيرة لتطور الخلايا الجذعية للفيل.)

جهاز توقيت مصنوع من البروتينات

وجد الباحثون أنه خلال الانقسام الفتيلي، بدأ البروتين p53 في الظهور في مركب يحتوي على بروتينين آخرين (البروتياز 28 الخاص باليوبيكويتين والبروتين المرتبط بـ p53 المسمى بشكل إبداعي 1). إذا قمت بإجراء طفرات في أي من البروتينات التي منعت تشكيل هذا المركب، يتوقف المؤقت الانقسامي. يبدأ هذا المركب المكون من ثلاثة بروتينات في الوصول إلى مستويات كبيرة فقط إذا استغرق الانقسام الفتيلي وقتًا أطول من المعتاد، ويظل مستقرًا بمجرد تكوينه ليتم نقله إلى الخلايا الوليدة بمجرد اكتمال انقسام الخلايا.

فلماذا يتشكل هذا المجمع فقط عندما يستغرق الانقسام الفتيلي وقتًا أطول من المعتاد؟ وتبين أن المفتاح هو بروتين يسمى كيناز، الذي يربط الفوسفات ببروتينات أخرى. نظر الباحثون إلى المواد الكيميائية التي تمنع كينازات محددة تنشط أثناء الانقسام الفتيلي وإصلاح الحمض النووي، ووجدوا مادة محددة كانت ضرورية لمؤقت الانقسام الفتيلي. في غياب هذا الكيناز (PLK1، لأولئك الفضوليين)، لا يتم تشكيل مجمع البروتين الثلاثي.

لذا، يعتقد الباحثون أن الساعة تبدو هكذا: أثناء الانقسام الفتيلي، يربط الكيناز الفوسفات ببطء بأحد البروتينات، مما يسمح له بتكوين مركب البروتين الثلاثي. إذا حدث الانقسام بسرعة كافية، فإن مستويات هذا المركب لا تصبح عالية جدًا وليس لها أي تأثير على الخلية. ولكن إذا استمر الانقسام بشكل أبطأ، يبدأ المركب في التطور ويكون مستقرًا بدرجة كافية ليظل موجودًا في كلتا الخليتين الابنتين. يساعد وجود المركب على استقرار البروتين p53، مما يسمح له بإيقاف انقسامات الخلايا المستقبلية بمجرد وجوده بمستويات عالية بما فيه الكفاية.

واتساقًا مع هذه الفكرة، فإن البروتينات الثلاثة الموجودة في المجمع هي مثبطات للورم، مما يعني أن طفراتها تزيد من احتمالية تكوين الورم. وأكد الباحثون أن الموقت الانقسامي كان خاطئا في كثير من الأحيان في عينات الورم.

هذه هي الطريقة التي تتمكن بها الخلايا الفردية من تخزين إحدى ذكرياتها: ذاكرة مشاكل انقسام الخلايا. ومع ذلك، فإن الموقت الانقسامي هو نظام تخزين ذاكرة واحد فقط، مع أنظمة منفصلة تمامًا لإدارة الذكريات المختلفة. وفي الوقت نفسه، هناك أيضًا عدد كبير من المسارات الأخرى التي تحرك نشاط الجين p53. لذا، على الرغم من أن المؤقت الانقسامي يمكنه التعامل بفعالية مع نوع معين من المشكلات، إلا أنه متكامل مع العديد من الأنظمة الإضافية والمعقدة التي تعمل داخل الخلية.

العلوم، 2024. DOI: 10.1126/science.add9528 (حول معرفات الهوية الرقمية).