اخبار بیولوژی, اخبار علمی
روش نوین ترمیم DNA آسیب دیده در نورون‌ها!
خلاصه:
دانشمندان توانستند به وسیله تکنیک‌هایی، آسیب‌های وارده به DNA در سلول‌های عصبی را ترمیم کنند. کمپلکس‌های پروتئینی از آن دسته مولکول‌های مورد استفاده در این مطالعه است که ترمیم DNA را نمایان می‌کند.
محققان مکانیسم جدیدی را برای ترمیم آسیب DNA در نورون ها کشف کرده اند.
این مطالعه یک مجموعه پروتئینی را نشان می‌دهد که مسیری را برای ترمیم شکستگی‌های DNA ناشی از فعالیت عصبی آغاز می‌کند.
Elizabeth Pollina، گفت: “تحقیقات بیشتری مورد نیاز است، اما ما فکر می‌کنیم که این مکانیسم یک اتفاق امیدوارکننده‌ای برای توضیح چگونگی حفظ طول عمر نورون‌ها در طول زمان است.”
یک ضرب المثل می‌گوید: «استفاده کن یا از دستش بده» که به طور آزادانه در مورد همه چیز از ماهیچه‌ها گرفته تا ذهن ما به کار می‌رود، به خصوص با افزایش سن.
با این حال، وقتی صحبت از مغز به میان می‌آید، چنین استفاده‌ای کاملاً صدق نمی‌کند: در حالی که استفاده از سلول‌های مغز ممکن است واقعاً به حفظ حافظه و سایر عملکردهای شناختی در طول زندگی کمک کند، دانشمندان دریافته‌اند که فعالیت مرتبط با ایجاد شکست‌های بیشتر در DNA به نورون‌ها نیز آسیب می‌رساند.
این سؤال ایجاد می‌شود: چگونه نورون‌ها در طول عمری که کار حیاتی خود را در مغز انجام می‌دهند، سالم باقی می‌مانند؟
اکنون، تیمی در دانشکده پزشکی هاروارد مکانیسم جدیدی از ترمیم DNA را شناسایی کرده‌اند که منحصراً در نورون‌ها، برخی از سلول‌های بدن با عمر بالا رخ می‌دهد. این تحقیق که بر روی موش‌ها انجام و اخیراً در مجله Nature منتشر شد، به توضیح اینکه چرا نورون‌ها علیرغم کارهای تکراری شدیدشان در طول زمان به عملکرد خود ادامه می‌دهند، کمک می‌کند.
به طور خاص، یافته‌ها نشان می‌دهد که یک کمپلکس پروتئینی به نام NPAS4-NuA4 مسیری را برای ترمیم شکستگی‌های DNA ناشی از فعالیت در نورون‌ها، ایجاد می‌کند.
Elizabeth Pollina، استادیار زیست شناسی تکوینی دانشکده پزشکی دانشگاه واشنگتن، نویسنده اول مقاله و محقق در HMS، افزود: “برای تایید این یافته تحقیقات بیشتری مورد نیاز است، اما ما فکر می کنیم که این یک مکانیسم یک روزنه امید برای توضیح طول عمر نورون‌ها است.”
اگر این یافته‌ها در مطالعات بیشتر روی حیوانات و سپس در انسان تایید شود، می‌توانند به دانشمندان کمک کنند تا فرآیند دقیق شکسته شدن نورونهای مغز در طول پیری یا بیماری‌های عصبی را درک کنند.
یک تناقض بیولوژیکی
در چشم انداز وسیع انواع سلولی در بدن، نورون‌ها از هم جدا می‌مانند: برخلاف اکثر سلول‌های دیگر، آنها بازسازی یا تکثیر نمی‌شوند. آنها روز به روز، سال به سال، خستگی ناپذیر کار می‌کنند تا در پاسخ به نشانه‌های محیطی، خود را بازسازی کنند و اطمینان حاصل کنند که مغز می‌تواند در طول عمر خود را سازگار کند و کار کند.
این فرآیند بازسازی تا حدی با فعال کردن برنامه‌های جدید برای رونویسی ژن در مغز انجام می‌شود. نورون‌ها از این برنامه‌ها برای تبدیل DNA به دستورالعمل‌هایی برای ترکیب پروتئین‌ها استفاده می‌کنند. با این حال، این رونویسی فعال در نورون‌ها هزینه‌ای جدی دارد: DNA را در برابر شکست آسیب‌پذیر می‌کند و به دستورالعمل‌های ژنتیکی مورد نیاز برای ساخت پروتئین‌هایی که برای عملکرد سلولی بسیار ضروری هستند، آسیب می‌رساند.
Daniel Gilliam، نویسنده اول مقاله و دانشجوی فارغ التحصیل در رشته علوم اعصاب از HMS می‌گوید: “این تناقض در سطح بیولوژیکی وجود دارد – فعالیت عصبی برای عملکرد و بقای نورون حیاتی است، اما ذاتاً به DNA سلول‌ها آسیب می‌زند.”
محققان به این موضوع علاقه مند شدند که چگونه مغز فعالیت عصبی را متعادل می‌کند.
Pollina گفت: “ما نمی‌دانیم که آیا مکانیسم‌های خاصی وجود دارد که نورون‌ها برای کاهش این آسیب استفاده می‌کنند تا به ما اجازه دهند در طول دهه‌های زندگی فکر کنیم، یاد بگیریم و به خاطر بسپاریم.”
این تیم روی NPAS4 تمرکز کرد، یک فاکتور رونویسی که عملکرد آن توسط آزمایشگاه مایکل گرینبرگ در سال 2008 کشف شد. پروتئینی که برای نورون‌ها خاص شناخته می‌شود، NPAS4 بیان ژن‌های وابسته به فعالیت را تنظیم می‌کند تا مهار در نورونهای تحریکی را در حین پاسخ‌گویی به محرک‌های خارجی کنترل کند.
Greenberg ، استاد نوروبیولوژی Nathan Marsh Pusey در مؤسسه بلاواتنیک در HMS و نویسنده ارشد این تحقیق ، گفت: “چیزی که برای ما معمایی بود این است که چرا نورون‌ها این فاکتور رونویسی اضافی را دارند که در انواع دیگر سلول‌ها وجود ندارد.”
Pollina افزود: “NPAS4 عمدتاً در نورون‌ها در پاسخ به فعالیت‌های عصبی بالا که ناشی از تغییرات در تجربه حسی است، روشن می‌شود.”
در مطالعه جدید، محققان مجموعه‌ای از آزمایش‌های بیوشیمیایی و ژنومی را روی موش‌ها انجام دادند. ابتدا تشخیص دادند که NPAS4 به عنوان بخشی از یک مجموعه ساخته شده از 21 پروتئین مختلف، به نام NPAS4-NuA4 وجود دارد.
سپس آنها دریافتند که این مجموعه به مکان‌هایی روی DNA عصبی با آسیب زیادی متصل می‌شود. هنگامی که اجزای مجموعه غیرفعال شدند، شکست‌های DNA بیشتری رخ داد و عوامل ترمیم کمتری به کار گرفته شدند. علاوه بر این، مکان‌هایی که کمپلکس در آنها وجود داشت، جهش‌ها را کندتر از مکان‌های بدون کمپلکس انباشته کردند. در نهایت، موش‌هایی که فاقد کمپلکس NPAS4-NuA4 در نورونهای خود بودند، طول عمر به‌طور قابل‌توجهی کاهش یافت.
Pollina گفت: “چیزی که ما دریافتیم این است که این عامل نقش مهمی در شروع یک مسیر جدید ترمیم DNA ایفا می‌کند که می‌تواند از شکستگی‌هایی که در کنار رونویسی در نورونهای فعال رخ می‌دهد، جلوگیری کند.”
Gilliam افزود: “این لایه اضافی به منظور نگهدارنده DNA است که در پاسخ عصب به فعالیت وجود دارد.”
دید گسترده‌تر
اکنون که محققان کمپلکس NPAS4–NuA4 را شناسایی کرده‌اند و اصول اولیه کاری را ارائه کرده‌اند، مسیرهای آینده زیادی را برای کار خود می‌بینند.
Pollina علاقه‌مند است با بررسی چگونگی تغییر مکانیسم در گونه‌های با عمر طولانی‌تر و کوتاه‌تر، دیدگاه گسترده‌تری داشته باشد. او همچنین می‌خواهد بررسی کند که آیا مکانیسم‌های دیگری برای ترمیم DNA در نورون‌ها و سلول‌های دیگر وجود دارد یا خیر و این مکانیسم‌ها چگونه کار می‌کنند و در چه زمینه‌هایی استفاده می‌شوند.
Pollina گفت: “من فکر می‌کنم که همه سلول‌های بدن احتمالاً مکانیسم‌های ترمیم خود را بسته به طول عمر، انواع محرک‌هایی که می‌بینند و فعالیت رونویسی‌شان تخصصی می‌کنند. احتمالاً مکانیسم‌های زیادی برای حفاظت از ژنوم وابسته به فعالیت وجود دارد که ما هنوز آنها را کشف نکرده ایم.”
Greenberg به دنبال این است تا جزئیات مکانیزم را عمیق‌تر بفهمد که هر پروتئین چه کاری انجام می‌دهد، مولکول‌های دیگر درگیر چه چیزی هستند و فرآیند تعمیر دقیقاً چگونه انجام می‌شود.
وی افزود: ” گام بعدی، تکرار نتایج در نورونهای انسانی است، کاری که در آزمایشگاه در حال انجام است. شواهد وسوسه‌انگیزی وجود دارد که نشان می‌دهد این موضوع به انسان‌ها مرتبط است، اما ما هنوز دنبال آسیب در مغز انسان نبوده‌ایم. ممکن است این مکانیسم در مغز انسان رایج‌تر باشد، جایی که زمان بیشتری برای شکستگی‌ها و ترمیم DNA وجود دارد.”
اگر این یافته‌ها در انسان‌ها تایید شود، می‌تواند بینشی در مورد چگونگی و چرایی شکسته شدن نورون‌ها با افزایش سن و زمان ابتلا به بیماری‌های تخریب‌کننده عصبی مانند آلزایمر ارائه دهد. همچنین می‌تواند به دانشمندان کمک کند تا استراتژی‌هایی را برای محافظت از سایر مناطق ژنوم عصبی مستعد آسیب یا درمان اختلالات ترمیم DNA در نورون‌ها را توسعه دهند.
مطالب مرتبط:
- نورونهای قشر بینایی مغز در گذر زمان “رانش” می کنند!
- تحریک نورون های عمقی مغز، راهی برای درمان اختلالات عصبی
- سندرم دراوت
مترجم: امید آهنگریان ابهری
