اكتشف العلماء آلية جديدة لانقسام الخلايا

اكتشف العلماء طريقة جديدة لتقسيم الخلايا الجنينية عندما تفشل الآليات التقليدية.

يدعم انقسام الخلايا جميع أشكال الحياة، لكن العلماء ناضلوا منذ فترة طويلة لشرح كيفية حدوث هذه العملية خلال المراحل الأولى من التطور الجنيني، وخاصة في مرحلة وضع البيض صِنف. حدد باحثون من مجموعة Brugués في مجموعة التميز في فيزياء الحياة (PoL) في جامعة TUD Dresden للتكنولوجيا الآن آلية غير متوقعة تسمح للخلايا الجنينية المبكرة بالانقسام دون تشكيل حلقة مقلصة كاملة، وهي بنية يُعتقد تقليديًا أنها لا غنى عنها.

نتائجهم، ذكرت في طبيعة، قلب تفسيرات الكتب المدرسية التقليدية لانقسام الخلايا. تظهر الدراسة أن عناصر الهيكل الخلوي تعمل مع الخصائص الفيزيائية للخلية الداخلية (أو السيتوبلازم) لدفع الانقسام من خلال ما وصفه الباحثون بعملية تشبه السقاطة.

إعادة النظر في نموذج الحلقة المتقلصة

في العديد من الكائنات الحية، يعتمد انقسام الخلايا على حلقة مقلصة مصنوعة من بروتين الأكتين الذي يتشكل حول منتصف الخلية. عندما تشتد هذه الحلقة، مثل الرباط، فإنها تضغط على الخلية حتى تنقسم إلى خليتين منفصلتين. في حين أن آلية سلسلة المحفظة هذه شائعة، إلا أنها لا تنطبق على جميع الأنواع.

تمثل الحيوانات ذات الخلايا الجنينية الكبيرة جدًا، بما في ذلك أسماك القرش وخلد الماء والطيور والزواحف، تحديًا خاصًا. تحتوي خلاياها على أكياس صفار ضخمة وهي كبيرة جدًا بحيث لا يمكن لحلقة الأكتين أن تنغلق بالكامل، مما يجعل نموذج التقسيم القياسي غير فعال.

لسنوات عديدة، ظلت كيفية تمكن هذه الخلايا كبيرة الحجم من الانقسام دون حل.

“مع وجود مثل هذا الصفار الكبير في الخلية الجنينية، هناك قيد هندسي. كيف يمكن للشريط المتقلص، ذو الأطراف السائبة، أن يظل مستقرًا ويولد قوة كافية لتقسيم هذه الخلايا الضخمة؟” سألت أليسون كيكوث، طالبة الدكتوراه التي تخرجت مؤخرًا من مجموعة بروجيس في مجموعة التميز في فيزياء الحياة (PoL) والمؤلفة الرئيسية للدراسة. تجاربهم، نشرت في دراسة جديدة في طبيعة، لقد وجدت إجابة لهذا السؤال.

وللكشف عن الآلية، لجأ الباحثون إلى أجنة سمك الزرد، التي تنقسم بسرعة وتحتوي أيضًا على خلايا كبيرة غنية بالصفار أثناء التطور المبكر. باستخدام الليزر لقطع شريط الأكتين بدقة عالية، وجد كيكوث أن الشريط استمر في التحرك إلى الداخل حتى بعد قطعه. يشير هذا السلوك إلى أن النطاق كان مدعومًا بنقاط تثبيت متعددة على طوله بدلاً من الاعتماد على أطرافه فقط.

دور الأنابيب الدقيقة في الاستقرار

بالإضافة إلى ذلك، يبدو أن الأنابيب الدقيقة، وهي جزء أساسي آخر من الهيكل الخلوي، تبدو وكأنها تنحني وتتباعد استجابةً لقطع الليزر، وكان لها دور حاسم في تثبيت الشريط أثناء الانكماش. لتوضيح دور الأنابيب الدقيقة في هذه العملية، قام الباحثون بتعطيلها في تجربتين منفصلتين: عن طريق تحفيز عملية إزالة البلمرة كيميائيًا (أي منع تشكل الأنابيب الدقيقة الجديدة بشكل فعال)، وعن طريق تعطيلها فيزيائيًا باستخدام عائق، على شكل قطرة زيت مجهرية.

بدون الأنابيب الدقيقة، انهار شريط الأكتين، مما يثبت أن الأنابيب الدقيقة ضرورية لتثبيت الشريط في مكانه، وتوفر الدعم الميكانيكي والإشارة أثناء تكوينه.

ومن المعروف أن التغيرات في الهيكل الخلوي تحدث في الأنواع الأخرى مع تقدم دورات الخلية. والأهم من ذلك، أن دورة الخلية مقسمة إلى مراحل مختلفة من النشاط؛ مرحلة الانقسام (M-المرحلة)، حيث الحمض النووي مقسمة، وطور بيني، حيث تنمو الخلية النموذجية وتكرر الحمض النووي الخاص بها. بعد تقسيم الحمض النووي، تنمو هياكل كبيرة مصنوعة من الأنابيب الدقيقة تسمى زهور النجمة لتغطي السيتوبلازم بأكمله.

تعد هذه النجوم ضرورية خلال الطور البيني لتحديد المكان الذي ستتشكل فيه فرقة الأكتين وتبدأ في الانكماش، مما يشير إلى مستوى الانقسام المستقبلي. نظرًا لأنه من المعروف أن الأنابيب الدقيقة تعمل على تقوية السيتوبلازم في سياقات خلوية مختلفة، فقد سعى الباحثون إلى استكشاف ما إذا كانت زهور النجمة ستساهم في تصلب السيتوبلازم للمساعدة في تثبيت شريط الأكتين. وللتحقق من ذلك، استخدم المؤلفون خرزات مغناطيسية ولاحظوا إزاحتها تحت تأثير القوى المغناطيسية. سمحت هذه التجارب للعلماء بقياس التغيرات في تصلب السيتوبلازم خلال مراحل دورة الخلية.

ووجدوا أن السيتوبلازم يصبح أكثر صلابة خلال الطور البيني، ويعمل كسقالة لتثبيت شريط الأكتين. وفي المقابل، يصبح أكثر مرونة خلال المرحلة M، مما يسمح بدخول الشريط بين الخليتين المستقبليتين. تلعب هذه التغييرات الديناميكية في التصلب والتميع دورًا رئيسيًا في عملية التقسيم.

سقاطة ميكانيكية للتقسيم

لم يتبق سوى سؤال واحد: كيف ظل الشريط ثابتًا طوال الطور M على الرغم من أن السيتوبلازم أصبح أكثر شبهاً بالسوائل؟ من خلال تصوير نهايات شريط الأكتين مع مرور الوقت، لاحظ الفريق أنه على الرغم من أن النطاق غير مستقر أثناء الطور M أثناء الانكماش، إلا أنه لم ينهار بالكامل. وبدلاً من ذلك، يتم “إنقاذ” هذا التراجع بسبب دورات الخلايا السريعة في هذه المراحل المبكرة.

في الطور البيني التالي، عندما يتصلب السيتوبلازم مرة أخرى بسبب ظهور زهور النجمة مرة أخرى، يصبح الشريط مستقرًا مرة أخرى. بعد ذلك، استمرت فرقة الأكتين في الدخول خلال مرحلة السوائل التالية. تتكرر دورات عدم الاستقرار هذه أثناء الطور M والثبات أثناء الطور البيني على مدار عدة دورات خلوية حتى يكتمل الانقسام. يعمل هذا النمط المتناوب مثل “السقاطة الميكانيكية”، مما يؤدي إلى انقسام الخلايا دون الحاجة إلى حلقة مقلصة كاملة التكوين. في هذه الحالة، يكون الانقسام ممكنًا من خلال خصائص المادة المتناوبة للسيتوبلازم، ويحدث على مدار دورات خلية متعددة بدلاً من دورة واحدة فقط.

وأكد جان بروجيس، المؤلف المقابل للدراسة: “إن آلية السقاطة الزمنية تغير بشكل أساسي وجهة نظرنا حول كيفية عمل التحريك الخلوي”. قدم هذا الاكتشاف حلاً فعالاً للانقسامات الخلوية المبكرة في الخلايا التي كانت كبيرة جدًا بالنسبة للانقسام الخلوي التقليدي، ولها دورات خلوية سريعة.

“تعد أسماك الزرد حالة رائعة، حيث أن الانقسام السيتوبلازمي في خلاياها الجنينية غير مستقر بطبيعته. وللتغلب على عدم الاستقرار هذا، تنقسم خلاياها بسرعة، مما يسمح بدخول النطاق على مدار عدة دورات خلوية عن طريق التناوب بين الاستقرار والتسييل حتى يكتمل الانقسام،” سلطت أليسون الضوء على هذه النتيجة. يمثل هذا الاكتشاف نموذجًا جديدًا لفهم انقسام الخلايا في الخلايا الجنينية الكبيرة ويمكن تطبيقه على نطاق واسع عبر الأنواع ذات الأجنة الغنية بالصفار.

بالإضافة إلى ذلك، تسلط هذه الدراسة الضوء على التحكم الزمني لخصائص المواد في السيتوبلازم كمساهم مهم في العمليات الخلوية، وهو دور يمكن توسيعه في الدراسات المستقبلية. إن فهم هذه الآليات سيفتح آفاقًا جديدة لدراسة التطور في الأنواع المختلفة.

المراجع: “السقاطة الميكانيكية تحرك الحركة الخلوية من جانب واحد” بقلم أليسون كيكوث، أورشا أورسيتش، مايكل إف ستادون وجان بروجيس، 7 يناير 2026، طبيعة.
دوى: 10.1038/s41586-025-09915-x

لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل و أخبار جوجل.