دراسة: الخلايا العصبية تتعرض لكسور في حمضها النووي أثناء بناء الدماغ

كشفت دراسة جديدة أجراها باحثون من جامعة كيوتو اليابانية أن بناء الدماغ خلال مراحل النمو يتضمن ظاهرة غير متوقعة، إذ تتعرض الخلايا العصبية الناشئة بصورة طبيعية إلى كسور مزدوجة في الحمض النووي أثناء هجرتها داخل الدماغ، ثم تتمكن من إصلاح هذه الأضرار بسرعة قبل أن تسبب أي خلل دائم.

نشرت الدراسة في مجلة Nature، وسلطت الضوء على آلية جديدة قد تساعد في تفسير كيفية تطور الدماغ بصورة طبيعية، كما قد تفتح الباب لفهم أفضل لبعض الاضطرابات العصبية وأمراض التنكس العصبي.

خلال نمو الدماغ تولد الخلايا العصبية الجديدة في مناطق محددة، ثم تبدأ رحلة طويلة نحو أماكنها النهائية داخل القشرة المخية، حيث تصبح جزءا من الشبكات العصبية المسؤولة عن التفكير والإدراك والحركة، وخلال هذه الرحلة تضطر الخلايا إلى المرور عبر مساحات ضيقة جدا بين الألياف والخلايا المجاورة، مما يعرضها لضغوط ميكانيكية كبيرة.

واكتشف الباحثون أن هذا الضغط يؤدي بصورة متكررة إلى حدوث ما يعرف بالكسور المزدوجة في الحمض النووي، وهي من أخطر أنواع تلف الحمض النووي، إذ ينقطع الشريطان المكونان للحلزون الوراثي في الوقت نفسه، وعادة ما يرتبط هذا النوع من التلف بحدوث الطفرات أو موت الخلايا أو الإصابة بالأمراض، إلا أن الدراسة أظهرت أنه يمثل جزءا طبيعيا من عملية نمو الدماغ.

ولدراسة كيفية حدوث هذا التلف صمم الباحثون قنوات دقيقة جدا تحاكي الممرات الضيقة التي تعبرها الخلايا العصبية أثناء نمو الدماغ، وعند مراقبة الخلايا باستخدام علامات فلورية، لاحظوا ظهور الكسور المزدوجة في الحمض النووي أثناء عبور الخلايا لهذه القنوات، ثم اختفاءها تدريجيا بعد انتهاء العبور. وقد تمكنت معظم الخلايا من إصلاح التلف خلال أقل من 24 ساعة، واستمرت بعد ذلك في أداء وظائفها بصورة طبيعية.

وأظهرت الدراسة أن الإنزيم المسؤول عن هذه الظاهرة هو Topoisomerase IIβ، وهو إنزيم يساعد عادة على تخفيف الالتواءات والإجهاد الذي يتعرض له الحمض النووي أثناء النشاط الخلوي، ففي الظروف الطبيعية يقوم الإنزيم بقطع شريطي الحمض النووي مؤقتا لإزالة الالتفافات ثم يعيد وصلهما مرة أخرى.

إلا أن تعرض الخلايا العصبية لضغط ميكانيكي شديد أثناء مرورها عبر الممرات الضيقة قد يؤدي إلى توقف الإنزيم في منتصف العملية، تاركا أجزاء من الحمض النووي مقطوعة، بعد ذلك تعتمد الخلية على نظام إصلاح سريع يسمى الالتحام غير المتماثل للنهايات لإعادة وصل نهايات الحمض النووي واستعادة سلامته.

كما لاحظ الباحثون أن هذا النوع من التلف يختلف عن التلف الذي يحدث في بعض الخلايا السرطانية عند تعرضها للضغوط نفسها، ففي الخلايا السرطانية تظهر الكسور بصورة عشوائية وقد تؤدي إلى اضطراب وظائف الخلية أو موتها، بينما تتركز الكسور في الخلايا العصبية غالبا في مناطق من الجينوم لا تحتوي على الجينات الحيوية المهمة، وهو ما يسمح للخلايا بالاستمرار في أداء وظائفها رغم تعرضها لهذا الضرر المؤقت.

ولدراسة ما يحدث عندما يفشل إصلاح الحمض النووي، قام الباحثون بإنتاج فئران معدلة وراثيا تفتقر خلاياها العصبية الحديثة إلى إنزيم Ligase 4، وهو أحد الإنزيمات الأساسية لإصلاح الكسور المزدوجة في الحمض النووي.

ورغم أن هذه الفئران بدت طبيعية خلال مراحل النمو الأولى، فإنها بدأت مع تقدمها في العمر تعاني اضطرابات تدريجية في التوازن والحركة، وهي أعراض تشبه ما يلاحظ في بعض الأمراض البشرية المرتبطة بعدم استقرار المادة الوراثية والتي تصيب المخيخ.

ويرى الباحثون أن هذه النتائج تغير الطريقة التي ينظر بها العلماء إلى الجينوم العصبي، فمع أن جميع الخلايا العصبية تنشأ من الحمض النووي نفسه، فإن عمليات التلف والإصلاح التي تحدث أثناء رحلتها داخل الدماغ قد تترك اختلافات وراثية طفيفة بين الخلايا العصبية المختلفة.

ويعتقد الفريق أن هذه الاختلافات قد تساهم في تفسير التنوع الكبير بين الخلايا العصبية داخل الدماغ، كما قد يكون لها دور في نشأة بعض الاضطرابات العصبية أو التنكسية في مراحل لاحقة من الحياة، وهو ما سيكون محور الدراسات المستقبلية.