به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، تکوین ساختارهای اسکلتی جمجمه صورت به طرز شگفت‌انگیزی پیچیده است و روشن شدن مکانیسم‌های زیربنایی نه تنها بینش‌های علمی جدیدی را ارائه می‌دهد، بلکه به توسعه رویکردهای بالینی مؤثرتر برای درمان و/یا پیشگیری از ناهنجاری‌های متعدد مادرزادی جمجمه-صورتی کمک می‌کند. ویژگی‌های جلوی جمجمه برای کارهای روزمره مانند غذا خوردن و قابل تشخیص بودن برای دیگران مهم هستند. ترکیبی از ژن‌ها و نشانه‌های محیطی، فعالیت پیش‌سازهای جمجمه‌صورتی، سلول‌های تاج عصبی (NCC)، را از طریق چندین مسیر سیگنالینگ برای تولید ساختارهای منحصربه‌فرد بینایی فرد هدایت می‌کند. نحوه انجام این عوامل استرس زا به خوبی درک نشده است. آندری چاگین، زیست شناس سلولی در دانشگاه گوتنبرگ که نحوه شکل گیری اسکلت صورت را مطالعه می‌کند، گفت: «این یک سیستم بسیار پیچیده است. او توضیح داد: "همه استخوان‌ها شکل بسیار متفاوت و بسیار خاصی دارند." او و گروهش در نشریه‌ای در Nature نشان دادند که یک مسیر حسگر مواد مغذی بر NCC در حال توسعه تأثیر می‌گذارد. کاوش در مکانیسم رشد صورت می‌تواند به دانشمندان کمک کند تا عواملی را که منجر به اختلالات مادرزادی می‌شوند که روی صورت را تحت تأثیر قرار می‌دهند، درک کنند.

اهمیت دانستن ویژگی‌های اسکلت جمجمه‌ای

اسکلت جمجمه‌ای، یکی از پیچیده ترین بخش‌های سیستم اسکلتی است که از بخش‌های مختلفی تشکیل شده است و از طریق تأثیر متقابل انواع عوامل ژنتیکی، اپی‌ژنتیکی و محیطی نیز شکل می‌گیرد. مطالعات مربوط به خانواده‌های دارای دوقلوهای تک تخمکی و دو تخمکی نشان می‌دهد که امتیاز وراثت‌پذیری ژنتیکی برای مورفولوژی جمجمه صورت در انسان به طور گسترده‌ای در بین ویژگی‌های مختلف صورت، بین بینی و لب بالایی و همچنین برای بیرون زدگی بینی متفاوت است. یکی از تأثیرات محیطی شناخته شده بر مورفوژنز صورت در انسان، مصرف الکل در دوران بارداری است یکی از جنبه‌های کلیدی بیشتر ارتباطات اجتماعی بین انسان‌ها، تشخیص چهره است. بر این اساس، ناهنجاری‌های مادرزادی جمجمه صورت، از جمله شکاف کام، کرانیوسینوستوز، و هیپوپلازی اسکلتی جمجمه صورت، که مجموعا بیش از یک سوم از تمام نقایص مادرزادی را تشکیل می‌دهند، می‌توانند تأثیر عمیقی بر تعاملات اجتماعی داشته باشند. از دیدگاه تکاملی، سیستم‌های داخلی بدن دارای ساختارهای حیاتی مانند دستگاه تغذیه است و از اندام‌های حسی پشتیبانی می‌کند. مجسمه سازی دقیق و تکرارپذیری ارثی آن برای بقا از اهمیت بی چون و چرای برخوردار است. در عین حال، سازگاری احشای داخلی و به ویژه دستگاه تغذیه با نشانه‌های محیطی امکان تنظیم با تغییرات محیطی، به عنوان مثال، منابع تغذیه، یا حتی ایجاد توله‌های اکولوژیکی جدید را فراهم می‌کند.

نقش سلول‌های تاج عصبی (NCCs) در تشکیل عناصر اسکلتی جمجمه صورت

سلول‌های تاج عصبی (NCCs)، یک جمعیت گذرا و چند توان از اجداد جنینی ایجاد است. زیرجمعیت‌های متعدد مزانشیم مشتق شده از NCC ها متراکم می‌شوند و سپس به غضروف‌ها و استئوبلاست‌ها، انواع اصلی سلول‌های اسکلتی در ناحیه جمجمه و صورت تمایز می‌یابند. سایر زیرجمعیت‌های تکوینی مشتق شده از NCC‌ها، مانند پیش‌سازهای سلول شوان، نیز به میزان نسبتاً محدودی در تشکیل سلول‌های غضروفی و ​​استئوبلاست‌ها نقش دارند. شکل عناصر اسکلتی جمجمه صورت در درجه اول توسط شکل این تراکم‌های غضروفی مزانشیمی در طول تکامل، با تنظیم دقیق بعدی توسط کلون‌های غضروفی جدید ناشی از مزانشیم اطراف تعیین می‌شود.  غضروف یک بافت اسکلتی و حمایتی ضروری در بدن ما است. شکل و اندازه هر عنصر غضروف ناشی از فرآیندهای رشد پیچیده است. سلول‌های مزانشیمی در ابتدا متراکم می‌شوند، به غضروف‌ها تمایز می‌یابند و سپس رشد هماهنگ کل ساختار رخ می‌دهد.  اغلب، غضروف نقش مهمی را به عنوان یک واسطه رشد ایفا می‌کند.

شیوه مطالعاتی

برای بررسی این سوال، چاگین و تیمش مواد صورت جنین انسان را توالی یابی کردند تا به دنبال عناصر تقویت کننده فعال باشند. آنها هدف مکانیکی مسیر راپامایسین کمپلکس 1 (mTORC1) را به عنوان یک سیستم بسیار مورد استفاده شناسایی کردند. سپس محققان یک مدل موش جهش یافته مشروط با یک سرکوبگر mTORC1  را توسعه دادند که به آنها اجازه داد mTORC1 را در روز جنینی 8.5 (E8.5) در NCC روشن کنند.

مشاهده جمجمه‌ای بزرگ‌تر و غضروف بینی ضخیم‌تر

با استفاده از توموگرافی کامپیوتری میکرو سه بعدی، این تیم نشان داد که حیوانات ناک اوت (KO) دارای ویژگی‌های جمجمه‌ای بزرگ‌تر و غضروف بینی ضخیم‌تر در E17.5 بودند. با این حال، آنها نشان دادند که در E12.5، زمانی که شکل نهایی صورت تنظیم می‌شود، معماری کلی سازه‌ها حفظ می‌شود، اگرچه ویژگی‌ها ضخیم‌تر به نظر می‌رسند. برای مطالعه اینکه چگونه سیگنال‌دهی mTORC1 بر رشد چهره پس از شکل‌گیری ویژگی اولیه تأثیر می‌گذارد، محققان mTORC1 را در سلول‌های پیش‌ساز غضروف در مدل‌های موش KO در E12.5 فعال کردند و پنج روز بعد افزایش‌های کوچکی در اندازه سلول‌ها مشاهده کردند. با این حال، حذف سیگنال‌دهی mTORC1 در این سلول‌ها در E12.5 باعث طولانی‌تر شدن ناحیه بینی در E17.5 شد. چاگین گفت: «معلوم شد که mTOR واقعاً شکل را تغییر نمی‌دهد، اما شکل [صورت] را تعدیل می‌کند.

 نقش mTORC1 در سلول‌های پیش‌ساز غضروف

از آنجایی که اسیدهای آمینه فعالیت mTORC1 را تنظیم می‌کنند، محققان به موش‌های باردار با رژیم‌های غذایی با پروتئین کم یا با پروتئین بالا تغذیه کردند که از E6.5 شروع می‌شد. آنها دریافتند که رژیم های غذایی کم پروتئین اندازه کلی ناحیه بینی و فک ها را در موش‌های در حال رشد کاهش می‌دهد، در حالی که حیواناتی که در معرض سطوح پروتئین بالا قرار می‌گیرند غضروف بینی ضخیم تر و غضروف کوتاه تر در فک ایجاد می‌کنند. یوهان ابرهارت، زیست شناس تکوینی در دانشگاه تگزاس در آستین که به این مطالعه وابسته نبود، فکر می‌کرد که تأثیر تغذیه بر سیگنال دهی mTORC1 و رشد جمجمه-صورتی جالب است، اما به تفسیر بیش از حد یافته‌ها هشدار داد. او گفت: «این مهم است که به خاطر داشته باشید که در حالی که آنها اثرات را می‌بینند، کوچک هستند. این چیزی نیست که باید اینطور تفسیر شود که شما باید یک رژیم غذایی با پروتئین بالا داشته باشید.

مکانیسم ژنتیک و محیط

چاگین اضافه کرد که این مسیر احتمالاً یک مکانیسم تطبیقی ​​برای تغییر محیط است. اساساً به عنوان یک سوئیچ عمل می‌کند که می‌تواند به سلول بگوید، "خوب، ما تغذیه زیادی داریم، می‌توانیم رشد کنیم" یا "ما تغذیه زیادی نداریم، باید به نوعی ساکت بمانیم." چاگین توضیح داد. در مرحله بعد، او مایل است عواملی را که mTORC1 برای تعدیل اثرات مشاهده شده با آنها تعامل دارد، بررسی کند. چاگین گفت: «این داده‌ها نشان می‌دهد که بین عوامل محیطی و ژنتیک تعامل وجود دارد. ما اطلاعات کمی در مورد مکانیسم، ژنتیک و محیط زیست داریم، بنابراین کاوش در این جهت نیز بسیار مهم خواهد بود.

پایان مطلب/.