يتم تحديد عدم تناسق أعضاء الجسم على المستوى الجزيئي

يبدو عدم تناسق أعضاء الجسم منطقيًا تمامًا. في الواقع، ليست هناك حاجة خاصة لقلبين بدلاً من قلب واحد، وليس من المهم جدًا ألا يكون موجودًا بشكل صارم في المركز. لقد أصبح من الواضح الآن أن أسباب هذا الهيكل تكمن في عمق المستوى الجزيئي.

علماء من معهد أبحاث ياباني المملكة اكتشف كيف تقوم الجزيئات اليمنى بتكوين خلايا غير متناظرة حول محورها المركزي. هذا الاكتشاف الموصوف في eLife، هي خطوة أساسية نحو فهم سبب افتقار جسمنا (وليس فقط) إلى التماثل بين اليسار واليمين.

فمن الممكن تماما أن إذا كانت بعض الجزيئات التي تشكل خلايانا ملتوية في الاتجاه المعاكس، فإن القلب سيكون موجودا على الجانب الأيمن من الجسم بدلا من اليسار. وذلك لأن الفرق بين الجانبين الأيسر والأيمن لأعضائنا يمكن أن يأتي من عدم انطباق الخلايا، والذي ينشأ بدوره من عدم تناظر الجزيئات التي تتكون منها.

تم افتراض وجود علاقة بين عدم انطباقية الجزيئات وعدم انطباقية الخلايا، لكنها ظلت غير مفهومة تمامًا. العديد من الجزيئات الحيوية تكون كيرالية، بما في ذلك الحمض النووي، وبعض الأحماض الأمينية، والبروتينات، ولكن من غير الواضح أي منها ينقل عدم انطباقها إلى الخلايا.

أصبح المتخصصون في مركز RIKEN لأبحاث النظم الحيوية الديناميكية مهتمين بهذه المشكلة لأول مرة من خلال دراسة الأقراص التناسلية للذباب، والتي تتطور دائمًا في اتجاه عقارب الساعة. لقد أرادوا تتبع هذه الظاهرة إلى مصدرها على المستوى الجزيئي.

وأوضح عالم الفيزياء الحيوية تاتسو شيباتا، الذي قاد الدراسة: “من خلال العمل مع الذباب، أردنا معرفة كيف تنشأ عدم التناظرية على مستوى الأنسجة من عدم التناظرية في الخلايا الفردية، وكيف تنشأ عدم التناظرية في الخلايا الفردية من عدم التناظرية على المستوى الجزيئي”.

ومن خلال دراسة بنية الخلايا الفردية، اكتشف شيباتا وزملاؤه أن الإطار الداخلي للخلية، أو الهيكل الخلوي، يؤدي إلى نشوء عدم تناظرها.

عندما تم وضع الخلايا المنفردة على ركيزة، فإن نواتها والسيتوبلازم المحيط بها تلتف في اتجاه عقارب الساعة عند النظر إليها من الأعلى. يتم ضمان هذا الدوران من خلال البنية متحدة المركز لخيوط الأكتوميوسين التي تشكل الهيكل الخلوي. وهذا يعني أن النواة سوف تكون ملتوية، حتى عندما لا يكون هناك اتجاه حلزوني للهيكل الخلوي نفسه على المستوى الخلوي.

قام الباحثون ببناء نموذج نظري ثلاثي الأبعاد للخلية واستخدموه لتقدير مساهمة اللامركزية الجزيئية للأكتين والميوسين. أظهرت النتائج أن عزم الدوران المتولد على المستوى الجزيئي بواسطة المكونات الفردية للهيكل الخلوي يمكن أن يحرف البنية حتى في غياب الهياكل اللولبية على المستوى الخلوي.

واختتم شيباتا حديثه قائلاً: “لقد قدم عملنا رؤى جديدة حول الكيفية التي تؤدي بها عدم تناظر الجزيئات إلى عدم تناظر الخلايا. وهذه خطوة مهمة إلى الأمام في دراسة الآليات التي تحرم أعضائنا وأنسجتنا من التماثل المرآة”.