به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، به گفته محققان در مرکز پزشکی Weill Cornell، راز جوانی سلولی ممکن است به کوچک نگه داشتن هسته، یک ساختار متراکم در داخل یک سلول، بستگی داشته باشد. این یافته‌ها در مخمر، که یک ارگانیسم معروف در تولید نان و نوشیدنی‌های تخمیری است و در عین حال به طرز شگفت‌آوری شبیه به انسان در سطح سلولی است، یافت شد. این مطالعه که در 25 نوامبر در نشریه Nature Aging منتشر شد، ممکن است منجر به درمان‌های طولانی مدت جدیدی شود که می‌تواند طول عمر انسان را افزایش دهد. همچنین یک تایمر مرگ و میر ایجاد می‌کند که نشان می‌دهد یک سلول چقدر قبل از مرگ باقی مانده است.

پیش زمینه

هسته، کانون حیاتی سلول

هسته سلول، علاوه بر محافظت از ژنوم، محل ذخیره و پردازش اطلاعات ژنتیکی است. این ساختار حیاتی، rDNA را نیز شامل می‌شود که نقشی کلیدی در تولید ریبوزوم‌ها و پروتئین‌سازی ایفا می‌کند. اما ساختار تکراری rDNA آن را مستعد آسیب و مشکلات ترمیم می‌کند. تحقیقات جدید نشان داده‌اند که اندازه بزرگ‌تر هسته، خطر بروز آسیب‌های ژنتیکی را افزایش داده و منجر به بی‌ثباتی ژنومی و مرگ سلول می‌شود. در عین حال، مطالعاتی روی استراتژی‌های ضد پیری، مانند محدودیت کالری، نشان داده‌اند که کوچک نگه داشتن هسته می‌تواند فرآیندهای پیری را کند کرده و به افزایش طول عمر کمک کند. محدودیت کالری، که پیش‌تر تأثیر آن در بسیاری از موجودات از جمله انسان بررسی شده بود، ظاهراً از طریق مکانیزم‌های متعددی، از جمله کنترل اندازه هسته، اثر خود را اعمال می‌کند. با افزایش سن، احتمال ابتلا به بیماری‌هایی مانند سرطان، بیماری‌های قلبی عروقی و بیماری‌های عصبی در آن‌ها بیشتر می‌شود. دکتر جسیکا تایلر، استاد پاتولوژی و پزشکی آزمایشگاهی در پزشکی ویل کورنل گفت:" پیری بالاترین عامل خطر برای این بیماری‌ها است. به جای درمان هر بیماری به طور جداگانه، یک رویکرد بهتر، ایجاد یک درمان یا یافتن راهکاری است که با جلوگیری از نقص‌های مولکولی زمینه‌ای که باعث ایجاد بیماری‌ها می‌شود، شروع بیماری‌ها را به تاخیر می‌اندازد. هسته ممکن است کلید این داستان باشد."

بسته‌های کوچک

هسته، کروموزوم‌های سلول و هسته‌ای که DNA ریبوزومی (rDNA) در آن قرار دارد را نگه می‌دارد. هسته، rDNA را جدا می‌کند که بخش‌های RNA ریبوزوم‌ها، ماشین آلات پروتئین سازی را کد می‌کند. rDNA یکی از شکننده‌ترین بخش‌های ژنوم است که به دلیل ماهیت تکراری آن حفظ و تعمیر آن را در صورت آسیب دیدن دشوارتر می‌کند. اگر آسیب در rDNA به طور دقیق ترمیم نشود، می‌تواند منجر به بازآرایی کروموزومی و مرگ سلولی شود. در موجودات از مخمر گرفته تا کرم و انسان، هسته در طول پیری گسترش می یابد. از طرف دیگر، استراتژی‌های ضد پیری مانند محدود کردن کالری یا خوردن کمتر، منجر به کوچک‌تر شدن هسته‌ها می‌شود. دکتر تایلر می‌گوید: " محدودیت کالری کارهای مختلفی انجام می‌دهد و هیچ‌کس راه دقیقی را نمی‌داند که باعث افزایش طول عمر می‌شود". دکتر تایلر و دکتر جی. ایگناسیو گوتیرز، اولین نویسنده مقاله، گمان کردند که کوچک نگه داشتن هسته می‌تواند پیری را به تاخیر بیندازد. برای آزمایش این ایده، آن‌ها روشی مصنوعی برای ایمن سازی rDNA در غشای اطراف هسته سلول‌های مخمر مهندسی کردند تا بتوانند زمان لنگر انداختن و عدم اتصال آن را کنترل کنند. دکتر گوتیرز گفت: "مزیت سیستم ما این است که می‌توانیم اندازه هسته را از سایر اثرات استراتژی‌های ضد پیری جدا کنیم." محققان دریافتند که اتصال هسته برای فشرده نگه داشتن آن کافی است و هسته‌های کوچک پیری را تقریباً به همان میزان محدودیت کالری به تاخیر می‌اندازند.

لحظات پایانی

جالب اینجاست که هسته‌ها در طول کل طول عمر با افزایش سن سلول‌ها با سرعت یکسانی منبسط نشدند. آن‌ها برای بیشتر عمر مخمر کوچک باقی ماندند، اما در آستانه اندازه هسته، هسته‌ها ناگهان شروع به رشد سریع کردند و به اندازه بسیار بزرگتری گسترش یافتند. سلول‌ها پس از رسیدن به این آستانه، تنها برای حدود پنج تقسیم سلولی دیگر زنده ماندند. دکتر گوتیرز گفت: " وقتی دیدیم افزایش اندازه خطی نیست، متوجه شدیم که اتفاق بسیار مهمی‌در حال رخ دادن است. به نظر می‌رسد که عبور از آستانه به عنوان یک تایمر مرگ و میر عمل می‌کند و لحظات پایانی زندگی یک سلول را کاهش می‌دهد." در طول پیری، DNA آسیب‌هایی را جمع می‌کند که برخی از آن‌ها می‌توانند برای سلول ویرانگر باشند. در آزمایش‌ها، این تیم دریافتند که هسته‌های بزرگ rDNA پایدار کمتری نسبت به هسته‌های کوچک‌تر دارند. همچنین، هنگامی‌که ساختار بزرگ است، پروتئین‌ها و سایر عواملی که معمولاً از هسته حذف می‌شوند، دیگر خارج نمی‌شوند. گویی هسته نشت می‌کند و به مولکول‌هایی اجازه ورود می‌دهد که می‌توانند rDNA شکننده را ویران کنند. دکتر تایلر می‌گوید: " تمام هدف از جدا کردن واکنش‌های بیولوژیکی برای کمک به عملکرد مؤثر آن‌ها است، اما وقتی پروتئین‌های دیگری وارد هسته می‌شوند، منجر به بی‌ثباتی ژنوم می‌شوند که باعث پایان عمر می‌شود. این پروتئین‌ها می‌توانند باعث ایجاد مشکلات فاجعه بار مانند بازآرایی‌های کروموزومی‌ شوند."

ارتباط اندازه هسته و آسیب‌های ژنتیکی

در هسته‌های بزرگ‌تر، محققان تجمع آسیب‌های ژنتیکی و کاهش ثبات rDNA را مشاهده کردند. این امر به دلیل نشت هسته و ورود عوامل مخرب به درون آن رخ می‌دهد. در شرایط طبیعی، ساختار فشرده هسته از ورود مولکول‌های ناخواسته جلوگیری کرده و واکنش‌های بیولوژیکی را جدا نگه می‌دارد. اما در هسته‌های بزرگ، این تفکیک از بین می‌رود و بی‌ثباتی ژنومی به اوج می‌رسد.

افقی تازه در مبارزه با پیری

این پژوهش‌ها نه تنها چشم‌انداز جدیدی برای درک بهتر فرآیندهای پیری ارائه می‌دهند، بلکه ممکن است به توسعه درمان‌های پیشگیرانه و مکمل‌هایی منجر شوند که به جای مقابله با بیماری‌های خاص، به صورت جامع با علل زیربنایی پیری مبارزه کنند. همان‌طور که دکتر گوتیرز می‌گوید: " اتصال ساختار هسته به فرآیند ترمیم DNA، مفهومی ‌است که از مخمر تا انسان حفظ شده و پتانسیل بالایی برای تحول در علم دارد."  این یافته‌ها امیدواری‌ها را برای دستیابی به روش‌های جدید برای افزایش طول عمر و حفظ سلامت در دوران کهنسالی افزایش داده‌اند.

نتیجه گیری

در مرحله بعد، محققان قصد دارند اثرات هسته‌ای بر پیری سلول‌های بنیادی انسان را مطالعه کنند. سلول‌های بنیادی خاص هستند زیرا پتانسیل جایگزینی با انواع دیگر سلول‌ها را دارند. اما در نهایت، تقسیم سلول‌های بنیادی متوقف می‌شود، بنابراین محققان امیدوارند از دانش به دست آمده از این پروژه برای ماندگاری بیشتر استفاده کنند. دکتر گوتیرز می‌گوید: "من از اینکه می‌توانیم ساختار هسته را با فرآیند ترمیم به‌ گونه‌ای متصل کنیم که بتوان از مخمر تا انسان آن را حفظ کرد، بسیار هیجان‌زده بودم. این مسیر تازه ابتدای راه خواهد بود."

پایان مطلب./