به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، حدود دو و نیم هزار سال پیش، ژنرال چینی سون تزو در هنر جنگ نوشت: "دشمن خود را بشناسید و خود را بشناسید، پس لازم نیست از نتیجه صد جنگ بترسید." و به نظر می‌رسد آنچه در میدان‌های نبرد چین باستان اعمال می‌شد اکنون در تحقیقات زیست پزشکی نیز کاربرد دارد. با توجه به اینکه مورفولوژی‌های متمایز شبکه میتوکندری از فرآیندهای متابولیکی و تنظیمی متفاوتی پشتیبانی می‌کند که عملکرد و سرنوشت سلول را تعیین می‌کند.، در همین راستا، مارتین ون در لان، استاد بیوشیمی پزشکی در دانشگاه زارلند، و الکساندر فون در مالسبورگ، همکار تحقیقاتی در همان موسسه، به این موضوع پی بردند که پروتئین OPA1 دشمنان نقص‌های ارثی هستند. این پیشرفت حیاتی از سوی الکساندر فون در مالسبورگ حاصل شد، موجب موفقیت او برای ایجاد اولین سیستم سلولی جهان در جهت دانستن عملکرد OPA1 انسانی شود. مارتین ون در لان "که یکی از بزرگترین گروه‌های فعال در زمینه تحقیقات میتوکندری هستند، راه حل بسیار هوشمندانه و ظریف این تیم برای حل این مشکل" را تحسین کرد، یافته‌های به دست آمده از این مطالعه اکنون در ژورنال Nature منتشر شده است.

عملکرد  OPA1

OPA1 نقش مهمی در بهینه سازی تبدیل انرژی در میتوکندری ایفا می‌کند، که اغلب به عنوان "نیروگاه" که سلول‌های ما را هدایت می‌کند، شناخته می‌شود. با توجه به اهمیت OPA1، نقص در پروتئین می‌تواند عواقب بسیار جدی داشته باشد. به عنوان مثال، اگر OPA1 که مخفف "Optic Atrophy 1" است به درستی عمل نکند، ممکن است بیماری‌های دژنراتیو جدی ایجاد شود. در بسیاری از این موارد، این عصب بینایی است که در درجه اول تحت تأثیر قرار می‌گیرد و بیماران مبتلا به اختلال عملکرد میتوکندری مربوط به OPA1 اغلب بینایی خود را از دست می دهند. اما تا همین اواخر، مطالعه این پروتئین‌های معیوب OPA1 بسیار چالش برانگیز بود، تا حدی به این دلیل که دانش در مورد عملکرد حتی OPA1 سالم هنوز تکه‌تکه بود. پروتئین‌های منفرد به دلیل ماهیت خود بسیار کوچکتر از محفظه‌های سلولی کوچکی هستند که در آنها فعال هستند و بنابراین مشاهده آنها آسان نیست. با این حال، اخیراً محققان دانشگاه کالیفرنیا توانستند اولین تصاویر OPA1 را با استفاده از میکروسکوپ کریو الکترونی با وضوح بالا تولید کنند. آنها این تصاویر را به پروفسور ون در لان و تیمش در هامبورگ نشان دادند، زیرا این گروه از شهرت جهانی بسیار خوبی در زمینه تحقیقات میتوکندری برخوردار است. تجزیه و تحلیل دقیق داده‌های تصویر جدید اولین نشانه‌ها را از نحوه عملکرد OPA1 ارائه کرد.

فراهم کردن امکان بررسی عملکرد پروتئین OPA1

تا به حال، OPA1 به عنوان یک پروتئین دشوار برای مطالعه علمی دیده شده است، زیرا در اشکال مختلف دیده می‌شود و به روشی بسیار پویا رفتار می‌کند. برخی از جنبه‌های عملکرد OPA1 قبلاً با مطالعه سلول‌های موش تهیه‌شده مخصوص ایجاد شده از سلول‌های بنیادی جنینی در یک روش پیچیده روشن شده بود. اما هنوز جنبه‌هایی از آن وجود داشت که ناسازگار یا متناقض به نظر می‌رسید و بسیاری از آنها کاملاً ناشناخته بودند. الکساندر فون در مالسبورگ با ترکیب و بهبود هوشمندانه تعدادی از روش‌های ژنتیکی و بیوشیمیایی، توانسته است با شناسایی OPA1 استفاده از این پروتئین انسانی را بررسی دقیق علمی آسان‌تر کند.  پروتئین OPA1 به شدت بر کارایی تولید انرژی در میتوکندری سلولی تأثیر می‌گذارد و بنابراین نقش مهمی در تعیین عملکرد سلول ایفا می‌کند.

تضمین عملکرد درست میتوکندری

OPA1 تضمین می‌کند که میتوکندری‌های سالم می‌توانند با یکدیگر ترکیب شوند و در نتیجه نیروهای خود را متمرکز کنند، در حالی که میتوکندری‌های معیوب دور ریخته می‌شوند. همجوشی میتوکندری زمانی آغاز می‌شود که پروتئین OPA1 به غشای داخلی میتوکندری می‌چسبد و غشاء را به صورت کنترل شده و موضعی باز می‌کند. اگر میتوکندری‌های همسایه به این روش اصلاح شوند، می‌توانند با یکدیگر ترکیب شوند و در نتیجه عملکرد میتوکندری را در سلول بهینه کنند. با این حال، اگر همجوشی میتوکندری به دلیل نقص ژنتیکی که منجر به تولید OPA1 معیوب می‌شود، مهار شود، این می‌تواند به طور جدی بر متابولیسم انرژی میتوکندری تأثیر بگذارد و با افزایش سن، خطر بیماری‌های دژنراتیو شدید را به همراه داشته باشد.

دستکاری ژنتیکی OPA1

Martin van der Laan توضیح داد: "ده ها نوع مختلف OPA1 معیوب وجود دارد." دانش دقیق نحوه عملکرد پروتئین OPA1 و توانایی انجام شبیه سازی های تجربی OPA1 نادرست می تواند به طور بالقوه به بسیاری از بیماران در آینده کمک کند. بنابراین OPA1 چگونه عمل می‌کند؟ الکساندر فون در مالسبورگ گفت: "در کار با شرکای آمریکایی خود، متوجه شدیم که OPA1 در ابتدا مانند یک پا با ساختاری "چنگ مانند" به غشای داخلی می‌چسبد و سپس "پاشنه" پا را بلند می‌کند. با این مکانیسم تکه ای را از پاکت غشاء بیرون می‌کشد . اثبات اینکه این مکانیسم برای عملکرد OPA1 بسیار مهم است، در نهایت اینکه دانستن عملکرد این پروتئین، با دستکاری ژنی که حاوی طرح اولیه برای تولید پروتئین OPA1 است، به دست آمده است. این تیم تحقیقاتی همچنین توانستند طرح‌های ژنتیکی اصلاح‌شده را در سلول‌های سالم انسان تقلیدکنند به طوری که آنها شروع به ایجاد انواع معیوب به جای OPA1 سالم کردند. الکساندر فون در مالسبورگ توضیح داد: "پس از مدتی، ما شروع به مشاهده کردیم که مکانیسم تامین انرژی سلول‌ها مختل شده است و همجوشی میتوکندریایی بد کار می‌کند." او آنچه را که آنها در زیر میکروسکوپ یافتند توضیح داد: "مشخص بود که ساختار "پنجه مانند" در نسخه دستکاری شده ژنتیکی کاملاً از بین رفته است. پروتئین OPA1 دستکاری شده اکنون دیگر قادر به باز کردن غشاء نبود و اساساً از همجوشی میتوکندری جلوگیری می‌کند - این پروتئین به طور مؤثر نقش سلولی را از متحد مهم به دشمن خطرناک تغییر داده بود پروفسور مارتین ون در لان گفت: "این یک مکانیسم اساسی است که انواع متعددی از OPA1 معیوب را تحت تاثیر قرار می دهد." و ما اکنون ابزاری برای مطالعه همه این گونه ها به صورت جداگانه داریم. این یافته های تحقیقاتی جدید می تواند به هموار کردن راه برای راه حل های درمانی سفارشی برای بیمارانی که به دلیل از دست دادن عملکرد OPA1 بیمار می شوند، کمک کند.

انجام معاینات ژنتیکی بیماران

در حال حاضر امکان انجام معاینات ژنتیکی بیماران برای تعیین اینکه کدام یک از انواع نقص‌های شناخته شده OPA1 دارند، وجود دارد. Van der Laan دامنه کار را به شرح زیر خلاصه کرد: "با این درک جدید و بسیار بهبود یافته از پروتئین OPA1، ما امیدواریم که در آینده بیماران بتوانند درمان‌هایی را دریافت کنند که نقص پروتئین زمینه‌ای خاص را هدف قرار می‌دهد." الکساندر فون در مالسبورگ و مارتین ون در لان با کشف مکانیسمی که توسط آن نقص در پروتئین OPA1 منجر به اختلال عملکرد میتوکندری می‌شود، از بخش اول دستور معروف سان تزو "دشمن خود را بشناسید" پیروی کردند. و پس از همکاری بسیار موفق، احتمالاً منصفانه است که بگوییم آنها خود را نیز به خوبی می‌شناسند. محققین که اساساً هر دو بخش از اصل سان تزو را برآورده کردند، به نظر می‌رسد که برای صدها نبرد تحقیقاتی بعدی با انواع OPA1 ناکارآمد آماده هستند.

پایان مطلب/.