معلومة

كيف تنقسم البيضة الملقحة أسرع بكثير من الخلايا الأخرى؟

كيف تنقسم البيضة الملقحة أسرع بكثير من الخلايا الأخرى؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

عادة ما يكون للخلية آلية تتحكم في انقسامها. بقدر ما أعرف ، فإنه يتحقق من مساحة السطح وأشياء من هذا القبيل لتقرر الذهاب إلى الانقسام أم لا.

ومع ذلك ، ليس هذا هو الحال بالنسبة للزيجوت. تبدأ البيضة الملقحة ، بعد حوالي 14 يومًا تقريبًا ، في الانقسام بسرعة وتشكل الأريمة. ما هي الآلية التي تتحكم في هذا "الانقسام السريع"؟ لماذا يمكن أن تنقسم الزيجوت بسرعة عندما لا تصل إلى مساحة سطح عالية أو لا تحتوي على ميثوجينات كافية للحث على انقسام الخلية؟ هل تمتلك الخلايا المصغرة الملقحة دورة خلوية مثل الخلايا الأخرى لكنها سريعة حقًا؟ أم أنهم ينسخون الحمض النووي ويقسمون على الفور؟

وعندما شاهدت الفيديو لأول مرة في هذه المرحلة ، فوجئت. الحمض النووي جزيء واحد طويل. ما مدى سرعة عمل تلك المضاعفات؟


يحتوي الزيجوت عمومًا على الكثير من العناصر الغذائية والجزيئات الحيوية الأساسية مثل الحمض النووي الريبي والبروتينات والعضيات السيتوبلازمية للانقسام السريع. لذلك لا تنمو الخلية وتنقسم بل تخضع "للانقسام" (لا توجد طور G1 من دورة الخلية). ومع ذلك ، فإنه لا يزال يخضع لتكرار الحمض النووي. ونعم ، يكون تكاثر الحمض النووي سريعًا لأنه يبدأ على الفور من عدة أجزاء (أصول النسخ المتماثل) للحمض النووي الطويل (لا يزال يستغرق بضع ساعات).


ارى:


15.2: دورة الخلية وتقسيم الخلية

  • بمساهمة سوزان واكيم وأمبير مانديب جريوال
  • أساتذة (البيولوجيا الجزيئية الخلوية وعلوم النبات) في كلية بوت

الطفل في الشكل ( PageIndex <1> ) لديه الكثير من النمو قبل أن يصبح كبيرًا مثل أمه. سيكون معظم نموها نتيجة لانقسام الخلايا. بحلول الوقت الذي يصبح فيه الطفل بالغًا ، سيتكون جسمه من تريليونات من الخلايا. انقسام الخلايا هو مجرد مرحلة واحدة من المراحل التي تمر بها جميع الخلايا خلال حياتها. وهذا يشمل الخلايا الضارة ، مثل الخلايا السرطانية. تنقسم الخلايا السرطانية أكثر من الخلايا الطبيعية وتنمو خارج نطاق السيطرة. في الواقع ، هذه هي الطريقة التي تسبب بها الخلايا السرطانية المرض. في هذا المفهوم ، سوف تقرأ عن كيفية انقسام الخلايا ، وما هي المراحل الأخرى التي تمر بها الخلايا ، وما الذي يسبب انقسام الخلايا السرطانية خارج نطاق السيطرة وإلحاق الضرر بالجسم.

الشكل ( فهرس الصفحة <1> ): الطفل والأم


الملخص

تطورت تعددية الخلايا بشكل مستقل في سلالات متعددة ، مما أسفر عن كائنات حية ذات نطاق واسع من أحجام البالغين. إن بناء سوما سليمة ليس مهمة تافهة ، عندما تتراكم الخلايا المنقسمة الضرر. هنا ، ندرس "استراتيجيات الإدارة الجينية" ، وهي قواعد تقسيم الخلايا الجسدية وتمييزها وقتلها ، لفحص سؤالين: أولاً ، هل تتطور هذه القواعد بشكل مختلف للكائنات الحية التي تختلف في حجم الجسم الناضج المستهدف ، وثانيًا ، ما مدى جودة الإستراتيجية التي تطورت في الكائنات ذات الأجسام الصغيرة تؤدي إذا تم تنفيذها في جسم كبير - والعكس صحيح (استراتيجيات "كبيرة" - متطورة في أجسام صغيرة). نقوم بنمذجة النمو والعمر الناضج لكائن حي بدءًا من خلية واحدة وتحسين مجموعات السمات ، باستخدام خوارزمية جينية ، عبر مجموعة من الأحجام المستهدفة ، مع سبع سمات متطورة: (أ) احتمال الانقسام غير المتماثل ، (ب) احتمال التمايز (لكل انقسام خلية متماثل) ، (ج) حد Hayflick ، ​​(د) عتبة الاستجابة للضرر ، (هـ) قوة الاستجابة للضرر ، (و) عدد خطوات التمايز و (ز) نزعة الانقسام للخلايا بالنسبة إلى "الجذعية". تتطور بعض السمات وليس كلها بشكل مختلف اعتمادًا على حجم الجسم: تعمل الكائنات ذات الأجسام الكبيرة بشكل أفضل مع احتمالية أقل للتمايز ، وعدد أكبر من خطوات التمايز في الطريق لتشكيل نسيج وعتبة أعلى للضرر الخلوي لتحفيز موت الخلية ، من الكائنات الحية الصغيرة. تعد الاستراتيجيات التي تطورت في الكائنات الحية الكبيرة أكثر قوة: فهي تحافظ على الأداء العالي عبر مجموعة واسعة من أحجام الجسم ، في حين أن تلك التي تطورت في الكائنات الحية الأصغر تفشل عند محاولة تكوين جسم كبير. هذا يسلط الضوء على عدم التناسق: في ظل مختلف مخاطر الفشل التنموي والسرطان ، يكون من الأسهل على السلالة أن تصبح مصغرة (إذا كان الاختيار يفضل ذلك بخلاف ذلك) بدلاً من زيادة الحجم.


نقطة تحول حيوية

تقول Zernicka-Goetz كيف أصبحت الخلايا مختلفة عن بعضها لأول مرة أمر مثير للجدل. & # 8220 نحن نعلم الآن أن ذلك يحدث في وقت أبكر بكثير مما كان يعتقد سابقًا وأنه & # 8217s نظرة جديدة مهمة حول كيفية اتخاذ هذه القرارات الأولى حول مصير الخلية. & # 8221

قام فريق Marioini و Zernicka-Goetz & # 8217s بهذا الاكتشاف من خلال دراسة أجنة الفئران البالغة من العمر يومين. وجدوا ذلك سوكس 21 - الجين المسؤول عن الحفاظ على حالة شبيهة بالخلايا الجذعية & # 8211 كان الأكثر تغيرًا في الخلايا الأربع. عندما قاموا بتثبيط هذا الجين في خلايا معينة ، وجدوا أن هذه الخلايا كانت أكثر عرضة لأن تصبح جزءًا من المشيمة.

لكن ما يبدأ بالفعل تمايز الخلايا لا يزال لغزا. تقول جانيت روسانت من جامعة تورنتو ، كندا ، إن الاختلافات التي لاحظتها ماريوني وزيرنيكا جويتز تحيز الخلايا فقط نحو الجنين أو المشيمة ، ولا تحدد بشكل قاطع وظيفة مستقبلية محددة للخلية.

ومع ذلك ، يمكن أن يساعد هذا الاكتشاف في تحديد أهم اللاعبين المشاركين في تحديد مصير الخلية. ستكون هذه أداة مفيدة لتوجيه مصير الخلايا الجذعية المستخدمة في صنع الأنسجة والأعضاء للطب التجديدي.

تقول Zernicka-Goetz إن العمل قد يساعد أيضًا في علاجات الخصوبة ، نظرًا لأن هذه الانقسامات الخلوية القليلة الأولى تحدث في المختبر في التلقيح الاصطناعي. & # 8220 قد يساعد في قدرتنا على التعرف على الأجنة الأكثر قابلية للحياة ، & # 8221 كما تقول.

& # 8220 هذه إضافة مهمة لفهمنا المتزايد لكيفية صنع الكيسة الأريمية للفأر ، & # 8221 يقول روسانت. & # 8220 السؤال التالي هو كيفية صنع الكيسة الأريمية البشرية. لا يُعرف الكثير عن التنمية البشرية المبكرة وهذه حدود مهمة. & # 8221


علم الأحياء سولي


ما هي العملية التي يلعبها انقسام الخلايا في حياتك؟

يستخدم البشر الانقسام اللاجنسي للخلايا (الانقسام) للنمو والإصلاح. نحن نستخدم التكاثر الجنسي (الانقسام الاختزالي) لصنع كائنات حية جديدة.

إذا انقسمت الخلايا إلى قسمين دون أي تنظيم مسبق للحمض النووي الخاص بها ، فستكون النتيجة فوضى!

تحتوي الكروموسومات حقيقية النواة عمومًا على DNA أكثر من بدائيات النوى. لذلك ، تحتوي على العديد من الكروموسومات. تحتوي ذبابة الفاكهة على 8. لدى البشر 46. الجزر يحتوي على 18. الكروموسومات الأوروبية تشكل ارتباطًا وثيقًا بالهيستونات ، وهو نوع من البروتين. يسمى مجمع الكروموسوم والبروتين بالكروماتين. يلف الحمض النووي بإحكام حول الهستونات ، وتشكل جزيئات الحمض النووي والهيستون معًا هياكل تشبه حبة تسمى الجسيمات النووية. تلتف النيوكليوسومات في ملفات تلتف في لفائف فائقة. تصبح اللفائف الفائقة صبغيات ، وتجرح بإحكام خيوط الحمض النووي.

تجعل الكروموسومات من الممكن فصل الحمض النووي بدقة أثناء انقسام الخلية.

دورة الخلية حقيقية النواة



تتكون دورة الخلية حقيقية النواة من أربع مراحل:



الدرس 10.3 و 10. 4
تنظيم دورة الخلية
وتمايز الخلايا

لا تتحرك كل الخلايا خلال دورة الخلية بنفس المعدل!

يوجد في جسم الإنسان أربعة أنواع من الأنسجة. النسيج الظهاري والضام والعضلي والعصبي.

إذا أصبت بجرح ، فستعمل الخلايا الظهارية لتحل محل الخلايا المصابة والميتة بسرعة كبيرة.
ولكن إذا أصبت أنسجتك العصبية (المخ والحبل الشوكي) ، فإن هذه الخلايا لا تحل محل نفسها. لا تخضع الخلايا العصبية للانقسام الفتيلي بعد الآن بمجرد توقف الشخص عن النمو ليصبح بالغًا.

ثم مرة أخرى ، يتم إنتاج خلايا الدم الحمراء بمعدل مذهل يبلغ 2.4 مليون خلية / ثانية!

ما الذي يتحكم في دورة الخلية؟

عندما ينمو العلماء خلايا في المختبر ، علموا أن الخلايا ستنمو وتنقسم حتى تتلامس مع بعضها البعض. ثم توقفوا عن النمو.

هذا هو السبب في أن الخلايا الموجودة في الجرح تنقسم بسرعة حتى يلتئم الجرح ، ثم تتوقف عن الانقسام.

الأعاصير

لسنوات عديدة ، بحث العلماء عن إجابات لشرح ماهية عناصر التحكم في دورة الخلية. أخيرًا ، في أوائل الثمانينيات اكتشفوا أن زيادة البروتينات المسماة cyclins (الدورة) يبدو أنها تتسبب في دخول الخلية في الانقسام الفتيلي.

الأعاصير - تنظم توقيت دورة الخلية في حقيقيات النوى

منذ اكتشاف الأعاصير ، تم اكتشاف العديد من البروتينات المنظمة.

يتم التحكم في دورة الخلية بواسطة بروتينات تنظيمية داخل الخلية وخارجها.

المنظمون الداخليون: الاستجابة للأحداث التي تحدث داخل الخلية بالسماح لكل مرحلة بالتقدم فقط بعد اكتمال المرحلة السابقة.


قام العلماء بقياس مستويات السيكلين في خلايا بيض البطلينوس أثناء مرور الخلايا عبر الانقسامات الانقسامية الأولى بعد الإخصاب.
مع ارتفاع مستويات cyclin إلى مستوى معين ، تم تشغيل الانقسام.

موت الخلايا المبرمج: بعض الخلايا مبرمجة للموت. :( موت الخلايا المبرمج هو موت الخلية المبرمج.
في البداية تتقلص الخلية وكروماتينها ، ثم تتفكك أجزاء من أغشية الخلية.
تقوم الخلايا الأخرى بتنظيف بقايا الخلية بسرعة (الضامة).

أحد الأسباب التي تجعل نخاع العظام ينتج 2.4 مليون كرات الدم الحمراء في الثانية هو أن كرات الدم الحمراء لدينا تدوم فقط لمدة 100-120 يومًا.

تبدو قدم الفأر أثناء التطور الجنيني مختلفة تمامًا بعد الولادة بفضل موت الخلايا المبرمج للخلايا بين أصابع القدم ، مما يسمح بمهارة أكبر لقدم الفئران.

عندما لا يحدث موت الخلايا المبرمج كما ينبغي ، يمكن أن تحدث الأمراض.

لماذا توجد منظمات دورة الخلية؟ نتائج نمو الخلايا غير المنضبط شديدة للغاية.

السرطان - اضطراب تفقد فيه خلايا الجسم القدرة على التحكم في النمو. يحدث هذا بسبب عيوب في الجينات التي تنظم نمو الخلايا وانقسامها.
لا تستجيب الخلايا السرطانية للإشارات التي تنظم نمو معظم الخلايا.
نتيجة لذلك ، تنقسم الخلايا بشكل لا يمكن السيطرة عليه مكونة كتلة تسمى a ورم .

مجرى الدم أو الأوعية اللمفاوية. ثم ينتقل السرطان إلى أجزاء أخرى من الجسم و
تشكل أورام ثانوية تسمى ورم خبيث.

يحتوي جسم الإنسان على ما يقدر بنحو 60 إلى 100 تريليون خلية. بشكل مثير للدهشة ، هذه نتيجة 47 تقسيم خلية فقط تبدأ من الخلية الأولى!

تخلق الانقسامات الخلوية القليلة الأولى جنينًا ينمو منه إلى كائن حي بالغ. أثناء عملية التطور ، تصبح خلايا الكائن الحي أكثر تمايزًا وتخصصًا لوظائف معينة.

التفاضل : العملية التي يتم من خلالها تخصص الخلايا. تصبح الخلايا متخصصة لأداء مهام معينة. بمجرد أن تصبح الخلية متخصصة (مثل الخلية العصبية) ، لا يمكنها التحول إلى نوع آخر من الخلايا (مثل خلية الجلد).

الكائنات أحادية الخلية لا تفرق!

توتيبوتنت : قادر حرفيًا على فعل كل شيء قدرة الخلية على التطور إلى أي نوع من الخلايا في الجسم.

الكيسة الأريمية : كرة مجوفة من الخلايا مع مجموعة من الخلايا بداخلها تعرف باسم كتلة الخلية الداخلية. ستصبح كتلة الخلايا الداخلية هي الجنين. ستصبح الكرة الخارجية للخلايا هي الأغشية الخارجية التي تحمل الجنين والمشيمة في الرحم.

نظرة عامة على أبحاث الخلايا الجذعية
بقلم مركز أخلاقيات علم الأحياء وكرامة الإنسان
https://cbhd.org/stem-cell-research/overview

3 تعليقات:

في تطوير نمو الخلايا ، تلعب تقنية crispe ، حيث تلعب الماوس crispr وظيفة قابلة للتطبيق.

تم العثور على Dehydroeffusol في Juncus effusus L. Dehydro Effusol لديه القدرة على علاج سرطان المعدة لتأثيره المثبط على نمو خلايا سرطان المعدة. ديهيدروفوسول


السرطان ودورة الخلية

سرطان هو مرض يحدث عندما لا يتم تنظيم دورة الخلية. يحدث هذا بسبب تلف الحمض النووي للخلية. يمكن أن يحدث الضرر بسبب التعرض للمخاطر ، مثل الإشعاع أو المواد الكيميائية السامة. تنقسم الخلايا السرطانية بشكل عام أسرع بكثير من الخلايا الطبيعية. والتي قد تنتهي بتكوين كتلة من الخلايا غير الطبيعية تسمى أ ورم (انظر الشكل 4.12.4). تستهلك الخلايا سريعة الانقسام العناصر الغذائية والمساحة التي تحتاجها الخلايا الطبيعية. هذا يمكن أن يتلف الأنسجة والأعضاء ويؤدي في النهاية إلى الموت.

الشكل 4.12.4 هذه الخلايا هي خلايا سرطانية ، تنمو خارج نطاق السيطرة وتشكل ورمًا.

انقسام الخلية هي العملية التي تنقسم فيها خلية واحدة ، تسمى الخلية الأم ، لتشكيل خليتين جديدتين ، يشار إليهما بالخلايا الوليدة. كيف يحدث هذا يعتمد على ما إذا كانت الخلية بدائية النواة أو حقيقية النواة. يكون الانقسام الخلوي أبسط في بدائيات النوى من حقيقيات النوى لأن الخلايا بدائية النواة نفسها أبسط. تحتوي الخلايا بدائية النواة على كروموسوم دائري واحد ، ولا نواة ، وعدد قليل من العضيات الأخرى. في المقابل ، تحتوي الخلايا حقيقية النواة على العديد من الكروموسومات الموجودة داخل النواة والعديد من العضيات الأخرى. يجب تكرار كل أجزاء الخلية هذه وفصلها عند انقسام الخلية.

قبل انقسام الخلية حقيقية النواة ، يتم تكرار كل الحمض النووي في الكروموسومات المتعددة للخلية. عضياتها مكررة أيضا. يحدث انقسام الخلية في خطوتين رئيسيتين ، تسمى الانقسام المتساوي والتحرك الخلوي ، وكلاهما موصوف بمزيد من التفصيل في الفصل الخامس.

  • الخطوة الأولى في تقسيم الخلية حقيقية النواة هي الانقسام المتساوي ، وهي عملية متعددة المراحل تنقسم فيها نواة الخلية. أثناء الانقسام ، ينهار الغلاف النووي (الغشاء) والإصلاحات اللاحقة. يتم أيضًا فرز الكروموسومات وفصلها للتأكد من أن كل خلية ابنة تتلقى مجموعة كاملة من الكروموسومات.
  • الخطوة الرئيسية الثانية هي يظهر . هذه الخطوة ، التي تحدث أيضًا في الخلايا بدائية النواة ، هي عندما ينقسم السيتوبلازم ، مكونًا خليتين ابنتيتين.

4. مناقشة

يدمج نموذجنا سبعة جوانب مختلفة من تطور الجنين (تمايز الأنسجة في وجود خطر الإصابة بالسرطان) في نموذج واحد ، لنسأل (أ) كيف يُتوقع من الكائنات الحية إدارة مجموعات الخلايا الجذعية (والشبيهة بالجذعية) أثناء تمايز الأنسجة مع تجنب السرطان أيضًا ، و (ب) ما إذا كانت الاستراتيجيات المتطورة بحاجة إلى تعديل في حالة تغيير الكائنات الحية لحجم أجسامها على مدار الزمن التطوري.

فيما يتعلق بسؤالنا الأول ، يبدو أن بعض جوانب استراتيجيات التقسيم والتمايز تخضع لاختيار أقوى من غيرها ، حيث يظهر مشهد اللياقة ككل علامات الصلابة: بالنسبة لحجم معين من الجسم ، أدت مجموعات السمات الأولية المختلفة إلى حلول مختلفة لـ نفس المشكلة مع الوصول إلى لياقة مماثلة بشكل عام. يشير هذا إلى أن الكائنات الحية ذات الحجم والعمر المماثل ، وبالتالي مع متطلبات إدارة الخلايا المماثلة ، يمكن أن تنمو وتعيش باستخدام مجموعة متنوعة من الآليات. نظرًا لأن السرطان لم يكن سوى إحدى الطرق العديدة للموت في نموذجنا ، فإن نتائجنا تسلط الضوء أيضًا على إمكانية وجود نفس القسوة في استراتيجيات تجديد تجمع الخلايا الجذعية: هناك العديد من الطرق للنجاح في الحفاظ على عدد الخلايا الشبيهة بالجذع كبيرًا بما يكفي لفترة كافية ، مثل: تتعلق التحديات المتبقية بالوفيات الخارجية فقط (نتبع هنا تقليد نمذجة يدعو إلى الوفيات المستقلة عن العمر والتي لا يمكن للكائن الحي تغييرها باسم "أبرامز" ، 1993 Boddy et al. ، 2015 Carnes & Olshansky ، 1997). يمكن أن تفسر هذه التباين في طول التيلومير أو تعبير التيلوميراز في الثدييات ، خاصة في الثدييات الأصغر (Gomes et al. ، 2011). على الرغم من عدم قيامنا بنمذجة صريحة ، إلا أنه من المثير للاهتمام أن فئران الخلد العارية وفئران الخلد العمياء قد تستخدم تكيفًا شائعًا (إفراز الهيالورونان ذو الكتلة الجزيئية العالية ، HMM-HA) الذي تطور بشكل مستقل لظروفهم البيئية (العيش تحت الأرض) لمواجهة السرطان المخاطر عبر مسارات مختلفة (Seluanov، Gladyshev، Vijg، & Gorbunova، 2018). أخيرًا ، من وجهة نظر جزيئية ، قد تعتمد كيفية تطور السمات التي تشكل جزءًا من استراتيجية إدارة الجينات على تفاعلات أكثر بين الجينات أكثر مما نصممه ، مما يضيف إلى وجهة نظرنا للمناظر الطبيعية الوعرة: هنا ، افترضنا عدم وجود تفاعلات بين الجينات عبر الشبكات التنظيمية (Trigos ، و Pearson ، و Papenfuss ، و Goode ، 2019) ، ولكنها قد تغير المسارات "المتاحة" للكائن الحي.

بالانتقال إلى سؤالنا الثاني ، اعتماد حجم الجسم لاستراتيجية الجينات ، وجدنا دليلًا واضحًا على أن الاستراتيجية تتطلب تعديلًا عندما يتغير حجم الجسم الناضج. ومع ذلك ، فإن هذه النتيجة تأتي مع دقيقتين. أولاً ، لم تظهر جميع مكونات الاستراتيجية علاقات قوية مع حجم الجسم. ومع ذلك ، فإن التكيف المشترك لمكونات الاستراتيجية له عواقب على متانة الاستراتيجيات عند اختبارها في سياق حجم جسم جديد. على وجه التحديد ، فإن إجبار استراتيجيتين (أو أكثر) مشتقتين بشكل مستقل على الأداء بحجم جسم جديد (أكبر) كشف عن اختلافات في نطاق أحجام الجسم التي لا يزال بإمكان الإستراتيجية التعامل معها. عندما فشلت إحدى الإستراتيجيات عند اختبارها في جسم أكبر ، كانت المشاكل تتعلق بنفاد الخلايا الجذعية بدلاً من السرطان. هذا مثير للاهتمام في سياق مفارقة بيتو (Caulin & Maley ، 2011 Peto et al. ، 1975) ، والتي يمكن التعبير عنها على النحو التالي: "مع تساوي كل شيء آخر ، يجب أن يؤدي المزيد من الانقسامات الخلوية إلى زيادة مخاطر الإصابة بالسرطان." في نموذجنا ، ماتت الكائنات الحية الصغيرة بسبب نضوب الخلايا الجذعية إذا أصبحت كبيرة دون أن تتاح لها فرصة لتكييف نشأتها مع تاريخ حياتها الجديد. عاد خطر الإصابة بالسرطان إلى الظهور مرة أخرى فقط عندما استخدموا استراتيجيات جينية "كبيرة" معدلة.

ثانيًا ، كان هناك عدم تناسق مثير للاهتمام: الكائنات الحية الكبيرة ، التي تكيفت مع حجمها الأكبر من خلال وجود احتمال أصغر لكل خلية للتمايز ، وعتبة غير مطبقة بشغف لقتل الخلايا التالفة ، والعديد من خطوات التمايز قبل تكوين الأنسجة ، تمتلك استراتيجيات الوراثة الجينية التي نجحت أيضًا عند اختبارها في الكائنات الحية الصغيرة. على الرغم من أن القيود الحسابية منعتنا من توسيع نطاق دراستنا إلى أعداد الخلايا المتضمنة في metazoans الكبيرة ، فإننا لا نرى سببًا لعدم استمرار مثل هذه التباينات في لعب دور في مثل هذه الأحجام. لذلك فإن اكتشافنا مثير للاهتمام في سياق التغيرات التطورية الكبيرة في أحجام الجسم ، حيث من المعروف أن التصغير ، عندما يحدث ، يبدو أنه يتقدم أسرع بكثير من الزيادة في حجم الجسم (ككل الأكثر شيوعًا Kingsolver & Pfennig ، 2004). الوقت التطوري (Evans et al. ، 2012). كما أنه يتناسب بشكل جيد مع نتائج التباين غير المحدد في البشر ، حيث ترتبط زيادة الحجم بزيادة مخاطر الإصابة بالسرطان (Green et al. ، 2011 Nunney ، 2018) ، في حين أن الأشكال الوراثية من التقزم ، على الأقل في سياق ما يسمى بمتلازمة لارون ، يبدو أنه يوفر الحماية من السرطان (Laron، Kauli، Lapkina، & Werner، 2017).

لاحظ أنه يجب استكمال نموذجنا باعتبارات إضافية عند إجراء تنبؤات حول معدلات التطور. تتميز ديناميكيات التطور البيئي بميزات لم نأخذها في الاعتبار: تميل الكائنات الأكبر حجمًا إلى امتلاك أحجام سكانية أقل فعالية (مع الكثافة السكانية كبديل داموث ، 1981) ، والتي يمكن أن تبطئ من معدل التطور التكيفي (لانفير ، كوكو ، & آير ووكر ، 2014). لقد تجنبنا مثل هذه المشكلات حيث قمنا ببساطة بإعادة محاكاة الجينات الجينية المحسنة لأحجام أجسام جديدة ، بدلاً من اعتبار الجينات الموجودة كنقاط بداية (بينما خارج نطاق الورقة الحالية ، سوف نفحص القصور الذاتي للتطور في عملنا المستقبلي). تختلف أوقات الجيل أيضًا باختلاف حجم الجسم (Martin & Palumbi ، 1993) نموذجنا هو تحقيق "كل شيء آخر متساوٍ" لحجم الجسم ، حيث يستغرق وقت النضج وقتًا أطول لأحجام النضج الأكبر ، ولكن ، على سبيل المثال ، الوفيات الخارجية لا تتغير . من المثير للاهتمام أن نلاحظ أن اختيارنا لوجود عدد قليل جدًا من الاختلافات بين الظروف السلفية والجديدة (لا يوجد تغيير بيئي بصرف النظر عن الوقت الذي يستغرقه النضج ، والذي يظهر بشكل طبيعي في النموذج) لا يزال يؤدي إلى التنبؤ بأن عمليات التشغيل المتوازية لإجراء التحسين ستؤدي إلى تختلف في مدى سهولة تطور كائن صغير الجسم بحجم أكبر. انهارت بعض استراتيجيات الجينات الوراثية إلى صفر لياقة بمتطلبات أصغر بكثير لتصبح كبيرة ، من غيرها. نحن نفسر هذه النتيجة على أنها تنبؤ بأن بعض الكائنات الحية الصغيرة متعددة الخلايا لديها استعدادات مسبقة للنمو خلال فترة التطور الكلي ، بينما يواجه البعض الآخر قيودًا داخلية أقوى. يضيف هذا تحديات وراثية للأسباب التي تجعل حكم كوب ، والزيادة في أحجام الجسم في سلالات التطور الكلي (Clauset & Erwin ، 2008 Stanley ، 1973) ، من المتوقع أن تكون "قاعدة" عشوائية إلى حد ما (انظر ، على سبيل المثال ، Heim، Knope، Schaal ، Wang، & Payne، 2015 Liow & Taylor، 2019).

بعض النتائج التي توصلنا إليها ، على الأقل للوهلة الأولى ، غير متوقعة. حد الاستجابة للضرر يعكس عدد الطفرات التي يتم تحملها قبل التعرف على الخلية على أنها تالفة ومقتولة (على سبيل المثال عن طريق موت الخلايا المبرمج ، أو بواسطة خلايا أخرى لا نحدد الآلية الدقيقة) مع الاحتمال . استنادًا إلى دراسة مهمة عن خلايا الفيل تستجيب بسهولة أكبر للتلف من الخلايا البشرية (Abegglen et al. ، 2015) ، قد يتوقع المرء لتقليل و لزيادة حجم الجسم ، لكن مثل هذه الاستجابات لم تظهر في نموذجنا. بدلاً من ذلك ، يمكن أن تعمل الكائنات الحية الصغيرة عبر مجموعة واسعة من القيم لكليهما و ، بينما لم يتم العثور على سوما أكبر من أي وقت مضى ليتم بناؤها بقيم صغيرة من . هذا عدم التطابق الواضح بين Abegglen et al. ، (2015) ونتائجنا يختفي ، مع ذلك ، عند الأخذ في الاعتبار التكيف المشترك بين مختلف مكونات إستراتيجية الجينات الوراثية. تطورت الكائنات الحية الكبيرة أيضًا لاستخدام المزيد من الخطوات ( ) إلى التمايز الكامل ، والذي يمنح أيضًا سلالات الخلايا المزيد من الفرص التراكمية (في شكل عدد أكبر من الأقسام) لتراكم الضرر. أعلى ، عندما يرتبط أيضًا بملف أعلى ، لذلك لا يعني بالضرورة أنه لوحظ موت عدد أقل من الخلايا في أي نمط ظاهري. متي مرتفع ، تتمتع الخلايا بفرص أكبر للوصول إلى فئة من الضرر تؤدي إلى قتلها. علاوة على ذلك ، نظرًا لأن نفاد الخلايا الشبيهة بالجذع كان تهديدًا حقيقيًا في نموذجنا ، يبدو أن هذا يعاقب على "مراقبة جودة" الخلايا الصارمة جدًا ، فلا يمكن لأي استراتيجية أن تنجح إذا لم يتم الحفاظ على أعداد كافية من الخلايا ، بينما يمكن تجنب السرطان على الأقل احتماليًا (بموجب نموذج متعدد الخطوات لتكوين الأورام Armitage & Doll ، 1954 Calabrese & Shibata ، 2010 Nunney ، 1999). تضيف هذه الاعتبارات إلى رسالتنا العامة أن هناك العديد من الطرق التكميلية لإنشاء سوما بحجم معين للجسم.


السرطان ودورة الخلية

كيف يمكن ربط السرطان بمنظمات دورة الخلية الإيجابية المفرطة النشاط (الجينات المسرطنة) أو المنظمات السلبية غير النشطة (مثبطات الورم). [تم التعديل من أكاديمية خان. الرجاء الارتباط بالمقال الأصلي للحصول على مراجع مرقمة.]

في وقت سابق من الفصل الدراسي تعلمنا عن انقسام الخلايا ودورة الخلية. هل التحكم في دورة الخلية مهم؟ إذا سألت طبيب أورام - طبيب يعالج مرضى السرطان - فمن المحتمل أن يجيب بصوت مدوي نعم.

السرطان هو في الأساس مرض من انقسام الخلايا غير المنضبط. عادة ما يرتبط تطورها وتطورها بسلسلة من التغييرات في نشاط منظمات دورة الخلية ، وهي المنشطات التي تخبر الخلية بالانتقال من G1 إلى S إلى G2 إلى M. على سبيل المثال ، تمنع مثبطات دورة الخلية الخلايا من الانقسام عندما لا تكون الظروف مناسبة ، لذا فإن النشاط القليل جدًا لهذه المثبطات يمكن أن يعزز السرطان. وبالمثل ، يمكن للمنظمات الإيجابية لانقسام الخلايا أن تؤدي إلى الإصابة بالسرطان إذا كانت نشطة للغاية. في معظم الحالات ، ترجع هذه التغييرات في النشاط إلى طفرات في الجينات التي تشفر بروتينات منظم دورة الخلية.

هنا ، سنلقي نظرة أكثر تفصيلاً على الخطأ & # 8217s في الخلايا السرطانية. ونرى أيضًا كيف يمكن للأشكال غير الطبيعية لمنظم دورة الخلية أن تساهم في الإصابة بالسرطان.


الانشطار الثنائي

تسمى عملية الانقسام الخلوي بدائيات النوى الانشطار الثنائي، هي عملية أقل تعقيدًا وأسرع بكثير من انقسام الخلايا في حقيقيات النوى. بسبب سرعة انقسام الخلايا البكتيرية ، يمكن أن تنمو مجموعات البكتيريا بسرعة كبيرة. إن كروموسوم الحمض النووي الأحادي الدائري للبكتيريا ليس محاطًا بنواة ، ولكنه بدلاً من ذلك يحتل موقعًا محددًا ، وهو النواة ، داخل الخلية. كما هو الحال في حقيقيات النوى ، يرتبط الحمض النووي للنيوكليويد ببروتينات تساعد في تعبئة الجزيء في حجم مضغوط. ومع ذلك ، فإن بروتينات التعبئة للبكتيريا مرتبطة ببعض البروتينات المشاركة في ضغط كروموسوم حقيقيات النوى.

نقطة الانطلاق من النسخ المتماثل الأصل، بالقرب من موقع ارتباط الكروموسوم بغشاء البلازما (الشكل 1). يكون تكرار الحمض النووي ثنائي الاتجاه - حيث يبتعد عن الأصل على كلا خيطي حلقة DNA في وقت واحد. عندما يتم تشكيل الخيوط المزدوجة الجديدة ، تتحرك كل نقطة أصل بعيدًا عن مرفق جدار الخلية باتجاه الأطراف المتقابلة للخلية. مع استطالة الخلية ، يساعد الغشاء المتنامي في نقل الكروموسومات. بعد أن تزيل الكروموسومات نقطة المنتصف للخلية الممدودة ، يبدأ الفصل السيتوبلازمي. أ الحاجز بين النوكلييدات من المحيط باتجاه مركز الخلية. عندما تكون جدران الخلايا الجديدة في مكانها ، تنفصل الخلايا الوليدة.

الشكل 1. تم تحديد الانشطار الثنائي للبكتيريا في خمس خطوات. (الائتمان: تعديل العمل بواسطة "Mcstrother" / ويكيميديا ​​كومنز)

التطور في العمل

جهاز المغزل الانقسامي

يعد التوقيت الدقيق وتشكيل المغزل الانقسامي أمرًا بالغ الأهمية لنجاح انقسام الخلايا حقيقية النواة. من ناحية أخرى ، لا تخضع الخلايا بدائية النواة للانقسام وبالتالي لا تحتاج إلى المغزل الانقسامي. ومع ذلك ، فإن بروتين FtsZ الذي يلعب دورًا حيويًا في التحريك الخلوي بدائية النواة يشبه إلى حد كبير من الناحية الهيكلية والوظيفية التيوبولين ، وهي اللبنة الأساسية للأنابيب الدقيقة التي تشكل ألياف المغزل الانقسامية الضرورية لحقيقيات النوى. تكوين حلقة مكونة من وحدات متكررة من بروتين يسمى FtsZ يوجه التقسيم بين النواة في بدائيات النوى. يؤدي تكوين حلقة FtsZ إلى تراكم البروتينات الأخرى التي تعمل معًا لتجنيد مواد غشاء وجدار خلوي جديدة إلى الموقع. يمكن لبروتينات FtsZ أن تشكل خيوطًا وحلقات وهياكل أخرى ثلاثية الأبعاد تشبه الطريقة التي يشكل بها التوبولين الأنابيب الدقيقة والمريكزات ومكونات الهيكل الخلوي المختلفة. بالإضافة إلى ذلك ، يستخدم كل من FtsZ و tubulin نفس مصدر الطاقة ، GTP (غوانوزين ثلاثي الفوسفات) ، لتجميع وتفكيك الهياكل المعقدة بسرعة.

تعتبر FtsZ و tubulin مثالاً على التماثل ، الهياكل المشتقة من نفس الأصول التطورية. في هذا المثال ، يُفترض أن يكون FtsZ مشابهًا لبروتين السلف لكل من FtsZ الحديث وتوبيولين. بينما يوجد كلا البروتينين في الكائنات الحية الموجودة ، فقد تطورت وظيفة التوبولين وتنوعت بشكل كبير منذ التطور من أصل بدائية النواة تشبه FtsZ. يكشف مسح لآلات تقسيم الخلية في حقيقيات النوى أحادية الخلية الحالية عن خطوات وسيطة حاسمة للآلية الانقسامية المعقدة لحقيقيات النوى متعددة الخلايا (الجدول 1).

تتكون ألياف المغزل الانقسامية من حقيقيات النوى من الأنابيب الدقيقة. الأنابيب الدقيقة عبارة عن بوليمرات من بروتين توبولين. بروتين FtsZ النشط في انقسام خلايا بدائيات النوى يشبه إلى حد بعيد التوبولين في الهياكل التي يمكن أن تشكلها ومصدر طاقتها. تعرض حقيقيات النوى أحادية الخلية (مثل الخميرة) خطوات وسيطة محتملة بين نشاط FtsZ أثناء الانشطار الثنائي في بدائيات النوى والمغزل الانقسامي في حقيقيات النوى متعددة الخلايا ، حيث تتفكك النواة ويتم إعادة تشكيلها.


متميز

يسلط الضوء

طوال حياتنا ، من البويضة المخصبة إلى البالغين ، يجب أن تنقسم خلايانا عدة مرات. للقيام بذلك ، يجب على الخلايا نسخ جينومنا بالكامل لما يقرب من ثلاثة مليارات زوج قاعدي في كل مرة تنقسم. تتجمع البروتينات الخاصة معًا لتشكل آلية جزيئية تسمى الريبليزوم ، والتي تعمل على فك الحلزون المزدوج للحمض النووي في الخلية ، وتكشف الخيطين وتوليف تسلسلًا جديدًا مكملًا من الحمض النووي لكل منهما.

يقول ماركوس ب. سمولكا ، البيولوجيا الجزيئية وعلم الوراثة: "تخيل المرور عبر بلايين من هذه السلالم الصغيرة في غضون ساعات قليلة". "يجب أن يقوم هذا الجهاز بعمل نسخة كاملة. إذا حدث خطأ ما ، فإن الطفرات أو تكسر الكروموسومات نتيجة لذلك ، وهذه هي السمة المميزة للسرطان ".

ATR— مراقبة عملية النسخ المتماثل

توجد العديد من الطفرات التي تؤدي إلى الإصابة بالسرطان في الجينات التي تصنع البروتينات اللازمة لتكرار الجينوم والحفاظ عليه. يدرس سمولكا ومختبره فئة من البروتينات ، تُعرف باسم كينازات ، لها أدوار مهمة في تكاثر الجينوم. لقد وجدوا مجالًا مثمرًا بشكل خاص من البحث في كيناز ATR ، وهو البروتين الرئيسي الذي يراقب عملية النسخ المتماثل.

يوضح سمولكا: "إذا حدث خطأ ما ، يمكن لـ ATR اكتشافه وسيأتي إلى المنطقة التي توجد بها المشكلة". ATR هو إنزيم ، لذلك يمكنه تعديل البروتينات الأخرى عن طريق إضافة الفوسفات إليها. تبدأ عملية الفسفرة هذه سلسلة إشارات ، وهي دائرة من الأحداث التي تنظم الكشف عن الضرر وإصلاحه قبل انقسام الخلية إلى قسمين.

يقول سمولكا: "قبل أن نبدأ في النظر إلى هذا ، اعتقد الناس أن ATR يعمل في مسار خطي حيث يستهدف بروتينًا واحدًا ، وأن هذا البروتين سيستهدف بروتينًا آخر". "لقد غيّر عملنا نموذج كيفية عرض تأثير هذا الكيناز. إنه ليس إجراءً بسيطًا ، إنه حقًا شبكة من الأحداث. يقوم ATR بفسفرة المئات من البروتينات المختلفة ".

ATR والخلايا السرطانية

إن فهم الدور الأساسي لـ ATR في التكاثر مهم لأبحاث السرطان لأن الخلايا السرطانية تعتمد على ATR أكثر من الخلايا الطبيعية. يقول سمولكا: "تتكاثر الخلايا السرطانية بشكل أسرع بكثير من الخلايا الطبيعية ، مما يسبب إجهادًا في آلية التكاثر والمزيد من تكسر الكروموسومات ، لذلك يصبحون مدمنين على ATR". إنهم يحتاجون إليها لإصلاح الضرر. إذا لم يكن ATR موجودًا ، فسوف يموتون بعد دورة نسخ واحدة. يميل التكرار في الخلايا الطبيعية إلى أن يكون أكثر تنظيمًا وقوة ، لذلك إذا قمت بتثبيط ATR قليلاً ، فستظل الخلايا الطبيعية على ما يرام. "

يسلط بحث Smolka الضوء على العمل الذي قام به آخرون في المجتمع العلمي ممن يركزون على إنتاج عقاقير تثبط ATR. تخضع هذه الأدوية حاليًا للتجارب السريرية لعلاج السرطان. يقول سمولكا: "لقد درسنا تأثير مثبطات ATR ، وهي قوية جدًا". "المشكلة هي أن الباحثين الذين يعملون على صنع هذه الأدوية يمكنهم رؤية آثارها - تموت الخلايا السرطانية - لكنهم لا يفهمون كيف تفعل الأدوية ما تفعله. يكشف عملنا عن العمليات التي تتأثر بالمثبطات ".

تقنيات التقاط ATR أثناء العمل

يركز جزء من بحث Smolka الأساسي على عمل الكينازات في الخميرة ، وهو نظام بسيط له جوانب مماثلة لبيولوجيا الإنسان. يقول: "نحن نعمل في الخميرة وأيضًا في أنظمة الثدييات وخطوط الخلايا البشرية". "ولكن من الأسهل بكثير رسم خريطة لعمل هذه الكينازات والتوصل إلى فهم أساسي لما تفعله في الخميرة. وهذا يمنحنا مكانًا قويًا يمكن من خلاله الاقتراب من فهم الكينازات البشرية ".

كان على Smolka تطوير تقنيات خاصة لالتقاط تأثير ATR وأنواع كينازات أخرى. لتحديد عمل ATR في الخلية ، يستخدم مختبره مقياس الطيف الكتلي ، الذي يحدد التكوين الكيميائي للمادة عن طريق فصل الأيونات وفقًا لاختلاف كتلتها وشحنتها.

يقول: "يمكننا تكسير الخلايا واستخراج القطع التي تشكل الآلاف والآلاف من البروتينات". "لمعرفة ما يفعله ATR في الخلايا ، نحن قادرون على تحليل هذه القطع من البروتينات وتحديد أي منها يحتوي على الفوسفات المعين الذي تستخدمه ATR لتعديل الهدف. بهذه الطريقة يمكننا تحديد مكان الفوسفات بدقة ، ويمكننا القيام بذلك بطريقة كمية. يتيح لنا ذلك تحديد البروتينات التي تستهدفها ATR بالضبط ".

الاكتشافات الرئيسية لفهم السرطان

يتركز السؤال الرئيسي الذي يريد سمولكا وزملاؤه الإجابة عنه حول كيفية حفاظ ATR على سلامة الجينوم. في عام 2017 اكتشفوا أن الكيناز يعزز إصلاح الانكسارات الصبغية في الحمض النووي. يتحكم كيناز في البروتينات التي تقوم بالإصلاح من خلال عملية إعادة التركيب المتماثل ، حيث يتم تبادل تسلسلات النوكليوتيدات بين جزيئات مماثلة أو متطابقة من الحمض النووي. يقول سمولكا: "كان هذا اكتشافًا مثيرًا للغاية". "أعتقد أنه سيسمح لنا بتحديد آلية كيفية عمل ATR لمنع تكسر الكروموسومات."

توصل الباحثون إلى اكتشاف آخر غير متوقع قد يغير قواعد اللعبة أيضًا لفهم السرطان. وجدوا أن ATR يمكن أن يتصرف بطرق مختلفة جدًا ، اعتمادًا على كيفية تنشيطه. عندما يتم تنشيط ATR عند كسر الحمض النووي للخلية ، فإنه يعزز إصلاح الحمض النووي عندما يتم تنشيطه في مواقع أخرى في الخلية ، ولا يعزز الإصلاح ، ولكنه بدلاً من ذلك ، يسمح للخلايا بالتكاثر بشكل أسرع.

"كانت هذه وظيفة جديدة لـ ATR لم نكن نعرف عنها من قبل. يمكن أن يساعد في تفسير سبب إدمان الخلايا السرطانية على ATR ".

يقول سمولكا: "كانت هذه وظيفة جديدة لـ ATR لم نكن نعرف عنها من قبل". يمكن أن يساعد في تفسير سبب إدمان الخلايا السرطانية على ATR. لا يمنع هذا الكيناز تكسير الكروموسومات فحسب ، بل يسمح للجديد بالمرور بشكل أسرع عبر الحمض النووي حتى تتكاثر الخلايا بسرعة أكبر. نحن نحاول الآن اكتشاف كيفية القيام بذلك ".

علاجات فعالة للسرطان - ممكنة من خلال رسم خرائط عمل كينازات

ATR هو مجرد واحد من العديد من الكينازات التي يدرسها Smolka Lab. يحول الباحثون انتباههم إلى العديد من العائلات الأخرى في عائلة VRK و TLK التي يبدو أنها تؤثر أيضًا على تكاثر الخلايا السرطانية. كما أنهم يواصلون التوسع في التكنولوجيا التي يستخدمونها وتحسينها لرسم خرائط لأفعال كينازات. لقد بدأوا في استخدام نظام التحرير الجيني المعروف باسم CRISPR (التكرارات المتناظرة القصيرة المنتظمة المتباعدة بشكل منتظم) الذي يستخدم نوكلياز Cas9 لاستهداف تسلسلات معينة من الحمض النووي. يوضح سمولكا: "نحن نصنع خطوطًا خلوية بشرية حيث يمكننا إزالة كينازات معينة". يمكننا بعد ذلك النظر إلى مجموعة الفوسفات المستهدفة التي تختفي أيضًا. بهذه الطريقة يمكننا تحديد ما يفعله كل كيناز ".

كلما زاد فهم العلماء للآليات الكامنة وراء كيفية عمل الكينازات ، يجب أن ينتج المزيد من تطبيقات علاج السرطان. لفهم كيفية تكاثر الخلايا والحفاظ على استقرارها - ولماذا تكون الخلايا السرطانية جيدة جدًا في ذلك - يجب فهم عمل الكينازات من منظور أكثر تكاملاً. يقول سمولكا: "هناك الكثير من الأسئلة المتعلقة بالبيولوجيا التي لا تزال بدون إجابة". "أعتقد أن هناك إمكانات هائلة لجلب تقنية جديدة لفهم هذه الأنظمة المعقدة من منظور شامل وفي نفس الوقت لتقليص البحث إلى وجهة نظر اختزالية وتحديد حدث معين. يتمتع مختبرنا بقدرة غير مألوفة على القيام بهذين الأمرين ".


شاهد الفيديو: الحركة والنوم بعد إرجاع الأجنة (يونيو 2022).


تعليقات:

  1. Darrick

    ما هي الكلمات ... خارقة ، رائعة الفكر

  2. Zuluramar

    هذه اتفاقية

  3. Farlan

    حق تماما! انا اعتقد، انها فكرة جيدة.

  4. Wentworth

    أعني أنك غشيت.



اكتب رسالة