به گزارش پایگاه اصلاع رسانی بنیان، در مطالعه‌ای که اخیراً در مجله توسعه سلولی منتشر شده است، محققان گزارش کردند که پیری باروری در کرم الگانس (Caenorhabditis elegans) از طریق تعامل متابولیسم گوانوزین-تری فسفات میتوکندری (mGTP) و عوامل دخیل در پویایی میتوکندری تنظیم می‌شود.

پیش زمینه

کاهش باروری مرتبط با سن، یا پیری باروری، پیامدهای اجتماعی قوی دارد زیرا سن مادر برای اولین بار در جهان در حال افزایش است. افزایش سن مادر با کاهش باروری و احتمال بیشتر سقط جنین و ناتوانی‌های مادرزادی در نوزاد همراه است. علاوه بر این، تحقیقات نشان می‌دهد که کاهش باروری تقریباً ده سال قبل از یائسگی است و کاهش کیفیت تخمک علت اصلی کاهش باروری است. در بین تمام سلول‌های بدن، تخمک‌ها دارای بیشترین تعداد میتوکندری هستند. در نتیجه، اعتقاد بر این است که فعالیت میتوکندری مهمترین عامل تغییر در کیفیت تخمک است.  اعتقاد بر این است که باروری کلی و رشد و بلوغ تخمک‌ها تحت تأثیر عوامل میتوکندریایی مانند تولید آدنوزین تری فسفات (ATP)، تعداد کپی اسید دئوکسی ریبونوکلئیک (DNA) و پتانسیل غشایی است. میتوکندری‌ها همچنین با شکافت و همجوشی مداوم اندامک‌ها، که به ماشین آلات پروتئینی خاصی نیاز دارند، دچار تغییرات مورفولوژیکی پویا در اندازه، شکل و توزیع می‌شوند. مطالعات ناک اوت در موش‌ها نشان داده است که تنظیم کننده‌های دینامیک میتوکندری برای کنترل کیفیت تخمک ضروری هستند. دینامیک میتوکندریایی شامل فرایندهای ادغام و تقسیم، نقش مهمی را در بازسازی سلول سوماتیک و حفظ پرتوانی در سلول‌های بنیادی پرتوان القایی(iPSCs)  بازی می‌کند.

داینامیک میتوکندری

همجوشی میتوکندری به میتوفیوژن GTPases 2 و اپتیک آتروفی OPA1 و میتوفوسین 1 و 2 وابسته است. 1,2 MFN پروتئین‌های غشایی کارکردی هستند که در غشائ خارجی میتوکندری قرار دارند که منجر به هماهنگی همجوشی غشاء بیرونی میتوکندری بین نواحی رتیکولوم می‌شوند. حذف ژن‌های 1,2 MFN منجر به کاهش همجوشی هر دو غشاء میتوکندری می‌گردد و به طور قابل توجهی باعث اخلال در عملکرد میتوکندری می‌شود. در مقابل، همجوشی میتوکندری متفاوت از شکافت میتوکندری می‌باشد به طوری‌که در طی شکافت میتوکندری تکه تکه شدن میتوکندری گسترش پیدا می‌کند. و به خوبی مشخص شده است که پروتئین مرتبط با دینامین GTPase1-4(drp-1) برای شکافت غشاء بیرونی میتوکندری بسیار مهم است و مهمترین پروتئین درگیر در فرایند شکافت میتوکندری می‌باشد. پس از شکافت، میتوکندری‌های آسیب دیده یا مختل شده به یک ساختار دو غشایی که اتوفاگوزوم5 نامیده می‌شوند، تقسیم می‌شود و در نهایت وارد مرحله اتوفاژی (میتوفاژی) خواهد شد.

درباره مطالعه

در مطالعه حاضر، محققان از کرم الگانس (C. elegans) به عنوان یک سیستم مدل برای درک نقش پویایی میتوکندری در پیری باروری استفاده کردند. کرم الگانس که نام کامل و صحیح آن Caenorhabditis elegans است و نخستین پرسلولی است که نقشه ژنی آن به درستی و کامل ترسیم و در سال ۱۹۹۸ منتشر گردید. آزمایش‌های تداخل اسید ریبونوکلئیک (RNAi) برای شناسایی تنظیم‌کننده‌های پیری باروری در C. elegans، با کتابخانه RNAi متشکل از کلون‌های مختلف RNAi، از جمله آنزیم‌های سوکسینیل کوآنزیم A (CoA) لیگاز (sucl-2) و GTP علی الخصوص سوکسینیل کوآ لیگاز اختصاصی (sucg-1) انجام شد. مطالعات مختلف نشان داده‌اند که ماشین آلات پروتئینی خاص از جمله شکافت میتوکندری گوانوزین تری فسفاتاز (GTPase) پروتئین مرتبط با دینامین 1 (DRP1)، آمیختگی غشای داخلی میتوکندری GTPase آتروفی نوری 1 (OPA1) و میتوفوسین1و 2 (MFN1 وMFN2 ) و GTPasesهای همجوشی غشای خارجی میتوکندری نه تنها برای دینامیک شکافت- همجوشی در میتوکندری، بلکه برای مدولاسیون توزیع میتوکندری در داخل تخمک مورد نیاز هستند.میتوفوسین (Mitofusin-1) پروتئینی است که در انسان توسط ژن MFN1 کدگذاری می‌شود. پروتئین کدگذاری شده توسط این ژن، واسطه همجوشی میتوکندری است. این پروتئین و میتوفوسین 2 پروتئین‌های غشای میتوکندری هستند که برای تسهیل هدف گیری میتوکندری با یکدیگر تعامل دارند. مطالعات در مدل‌های موش نشان داده است که حذف Drp1 یا بیان بیش از حد MFN1 و وMFN2  منجر به تجمع شبکه میتوکندری در ناحیه دور هسته‌ای تخمک می‌شود. با این حال، در C. elegans، بیان بیش از حد انتخابی drp-1، همولوگ DRP1، در روده، یا ناک اوت کل drp-1 بدن و همولوگ MFN درC.elegans -پیازهای فازی مرتبط - (fzo)- 1 باعث افزایش طول عمر می‌شود. پروتئین‌های پیاز فازی (fzo) در مخمر، مگس و پستانداران بر همجوشی و عملکرد میتوکندری تأثیر می‌گذارند. این مطالعه نقش سوکسینیل-کوآ سنتتاز (SCS) را از طریق مجموعه‌ای از آزمایش‌ها شامل ساخت پلاسمیدها از طریق تقویت واکنش زنجیره‌ای پلیمراز (PCR)، اندازه‌گیری تعداد نتاج، سنجش‌های طول عمر باروری، و سنجش‌های باروری دیررس مورد بررسی قرار داد. آن‌ها همچنین تصویربرداری کانفوکال و پروفایل شدت فلورسنت را برای بومی سازی پروتئین SUCG-1 در میتوکندری و تجزیه و تحلیل شبکه میتوکندریایی در تخمک انجام دادند. روش PCR دیجیتال قطره‌ای و PCR کمی برای اندازه گیری سطح DNA میتوکندری در زاد و ولد استفاده شد. پارامترهای اضافی مانند پمپاژ حلق، طول بدن، و ATP و GTP میتوکندری در خط زایا نیز اندازه‌گیری شد.

نتایج

یافته‌ها نشان داد که SCS، آنزیم میتوکندریایی که نقش کلیدی در چرخه تری کربوکسیلیک ایفا می‌کند که ATP یا GTP را از طریق تبدیل سوکسینیل-CoA به سوکسینات تولید می‌کند، تنظیم کننده اصلی پیری تولید مثل است. آنزیم SCS شامل یک زیرواحد آلفا و یک بتا است که ویژگی ATP/GTP با استفاده از دو زیرواحد بتا قابل تعویض که یک کمپلکس با زیر واحد آلفا تشکیل می‌دهند، تعیین می‌شود. غربالگری RNAi دو زیرواحد SCS را به عنوان تنظیم کننده‌های کلیدی پیری باروری شناسایی کرد. در رده زایا، SCS ویژه GTP، موقعیت میتوکندری را در تخمک C. elegans تعدیل کرد، بنابراین پیری تولید مثل را تنظیم کرد. علاوه بر این، افزایش انتخابی شکافت میتوکندری در رده زایا C. elegans از تجمع میتوکندری در ناحیه دور هسته تخمک، که با افزایش سن رخ می‌دهد، جلوگیری کرد و متعاقباً طول عمر باروری را بهبود بخشید. علاوه بر این، این مطالعه نشان داد که سطوح ویتامین B12 در باکتری‌ها بر تعدیل پیری تولید مثل توسط عوامل دخیل در شکافت و همجوشی میتوکندری و SCS خاص GTP تأثیر می‌گذارد.

نتیجه گیری

به طور خلاصه، این مطالعه آزمایش‌های RNAi را با استفاده از C.elegans انجام داد و گزارش داد که دینامیک میتوکندری و متابولیسم mGTP پیری تولید مثل را در تخمک‌ها کنترل می‌کند. علاوه بر این، ورودی‌های باکتریایی، مانند ویتامین B12، بر سطوح mGTP تأثیر می‌گذارد و عوامل میتوکندریایی را که در پیری باروری دخیل هستند تعدیل می‌کنند. این یافته‌ها همچنین پتانسیل القای شکافت میتوکندری را در بهبود سلامت باروری برجسته کرد.

پایان مطلب./