هل يمكننا منع القلب من الشيخوخة؟ هذه الدراسة الجينية البارزة هي بداية

القلوب ليس من المفترض أن تنكسر. لكن مع تقدم العمر ، يحدث ذلك. حتى مع اتباع نظام غذائي صحي وممارسة الرياضة ، مع تقدم العمر ببطء ، تزداد أيضًا مخاطر الإصابة بانسداد الشرايين والأوعية الدموية الهشة وفشل القلب في النهاية.

لماذا؟

لطالما سعى العلماء إلى حل لغز الكيفية التي ترتبط بها الشيخوخة بزيادة خطر الإصابة بأمراض القلب ، القاتل السائد في عصرنا. إنها مشكلة صعبة: العديد من الجوانب البيولوجية ، التي تمتد من الطبيعة إلى التغذية ، يمكن أن تؤثر بمهارة على صحة القلب. لحل اللغز ، استمرت بعض التجارب لأكثر من نصف قرن وتوسعت لتشمل مئات الآلاف من الأشخاص.

الاخبار الجيدة؟ لدينا أدلة. مع تقدم العمر ، تغير خلايا القلب وظيفتها بشكل جذري ، وتكافح في النهاية من أجل الانقباض والإفراز. كشفت دراسة جديدة نشرت في شيخوخة الطبيعة بحثت بعمق في الشفرة الجينية لكشف سبب حدوث ذلك.

بدءًا من عشرات المتطوعين الذين تتراوح أعمارهم بين 0 و 82 عامًا ، قام الفريق بتسلسل الجينوم الكامل لـ 56 خلية عضلة القلب ، أو خلايا عضلة القلب. والنتيجة هي أول رسم للمناظر الطبيعية للتغيرات الجينية في القلب المتقدم في السن. مع تقدمنا ​​في العمر ، يصاب القلب بضربة مزدوجة على مستوى الحمض النووي. تتعطل الشفرة الجينية للخلايا ماديًا ، بينما تتآكل قدرتها على إصلاح الحمض النووي.

إنها مفاجأة كبيرة. مثل خلايا الدماغ ، فإن خلايا عضلة القلب هي اللعبة البيولوجية النهائية ، حيث أنها لم تعد قادرة على الانقسام إلى ذرية أحدث وأصغر سنا. تحتوي هذه الأنواع من الخلايا بشكل عام على "درع" وقائي من نوع ما ، من حيث أنها أقل عرضة للطفرات.

ليس كذلك بالنسبة لخلايا عضلة القلب. بالمقارنة مع الخلايا العصبية ، تتراكم الخلايا بسرعة إصابة الحمض النووي مع تقدم العمر ، وبمعدل أسرع ثلاث مرات ، على الرغم من أن الخلايا العصبية هي نوع من الخلايا شديدة التعقيد وحساسة بشكل خاص.

"مع تقدمك في العمر وإصابتك بمزيد من الطفرات ، فإنك تضيف تأثيرات ضارة قد تدفع القلب إلى ما بعد نقطة التحول إلى المرض ،" محمد مؤلف الدراسة الدكتور مينج هوي تشين ، طبيب القلب في مستشفى بوسطن للأطفال. "قد تصل إلى نقطة يتلف فيها الكثير من الحمض النووي بحيث لا يمكن للقلب أن ينبض جيدًا."

النتائج تعطينا نظرة شاملة للقلب المسن. وكتب المؤلفون ، مثل اللغز ، "يقدمون نموذجًا لفهم تأثير الشيخوخة على ضعف القلب".

أعط قلبك استراحة

خلايا عضلة القلب مخلوقات صعبة. تخيل مضخة تقوم تلقائيًا وبصورة موثوقة بإخراج الكمية المناسبة من الدم ، بضغط معقول ، لتروي جسمك بالكامل بالمغذيات. إذا كنت قد قمت بأي نوع من أعمال السباكة ، فهذا صعب. ومع ذلك ، تعمل هذه الخلايا بشكل متزامن ، في الغالب دون السقطات ، طوال حياتك. إنه توازن دقيق: الضغط أو السرعة المنخفضة للغاية تحرم عقلك وأطراف أخرى من الدم. كثيرًا ، ويبدو الأمر أشبه بقذف خرطوم حديقة كبير من السوائل ، بضغط عالٍ ، في عشب صغير ينبت في إناء للمبتدئين.

مثل خرطوم الحديقة المطاطي ، تتآكل خلايا عضلة القلب مع تقدم العمر. تحدث معظم حالات قصور القلب لدى الأشخاص الذين تزيد أعمارهم عن 65 عامًا ، حتى عندما يكونون أصحاء نسبيًا - أي بدون ارتفاع نسبة الكوليسترول في الدم أو ضغط الدم أو أي عوامل خطر شائعة أخرى. لكن ليس كل.

كتب المؤلفون: "بعض الأفراد المعرضين لخطر منخفض أو متوسط ​​بناءً على عوامل الخطر التقليدية لا يزالون يعانون من أمراض القلب ، مما يشير إلى أن العوامل الإضافية غير المحددة قد تكون مهمة". ما الذي يسبب أمراض القلب أيضًا لدى كبار السن؟

Unchain My Heart's DNA

لمعالجة هذا السؤال ، لجأ الفريق إلى أداة وراثية قوية: تسلسل الخلية الواحدة ، الذي ينسخ سلسلة الحمض النووي لكل خلية تم تحليلها. تلتقط هذه التقنية الفردية - على سبيل المثال ، التغيرات الجينية والتغييرات الأخرى - التي قد يتم تشويشها إذا تم تحليل متوسط ​​مئات الخلايا في وقت واحد.

كان تنوع جينوم الخلية في مقدمة وتصميم الدراسة. وقالت مؤلفة الدراسة الدكتورة سانجيتا شودري: "هذه هي المرة الأولى التي يتم فيها النظر إلى الطفرات الجسدية في قلب الإنسان على مستوى الخلية الواحدة".

صقل الفريق كيف يتغير توقيع الحمض النووي لخلايا القلب مع تقدم العمر. يطلق على هذه الأنواع من الطفرات اسم "الطفرات الجسدية" لأنه لا يمكن نقلها إلى الجيل التالي.

ليست كل الخلايا مبنية بنفس الطريقة. يمكن للبعض ، مثل خلايا الكبد ، التعامل مع قدر كبير من الضرر وتجديد نفسها. البعض الآخر ، مثل خلايا عضلة القلب ، لم يعد قادرًا على الانقسام ، ويحتاج إلى أخذ أي ضرر للحمض النووي بنفسه. مع تقدم العمر ، يمكن أن تتراكم هذه الخلايا الطفرات الجينية. إنها خادعة: معظمها ليس لها تأثيرات واضحة ، لكن بعضها ، مثل فيلم الرعب الشرير ، يمكن أن يحفز الخلايا في صمت لتصبح سرطانية ، أو حتى يقتلها. تم ربط هذه الطفرات سابقًا بمرض الشريان التاجي ، وهو سبب رئيسي لمشاكل القلب مع تقدم العمر.

في محاولة لالتقاط التوقيعات الطفرية التي تؤدي إلى الإصابة بأمراض القلب ، أجرى الفريق غوصًا عميقًا في جينات القلوب المتبرع بها من الأشخاص الذين تتراوح أعمارهم بين الطفولة وكبار السن. عزل النوى - وهي بنية دائرية شبيهة ببذور المشمش تحتوي على الحمض النووي - قيموا طريقتهم ثم قارنوا التسلسلات الجينية من ثلاث مجموعات عمرية مختلفة.

ركزوا على اختلاف رئيسي واحد: طفرات النوكليوتيدات المفردة (تسمى أيضًا تعدد أشكال النوكليوتيدات المفردة ، أو SNPs). هذه التغييرات بسيطة: إنها مقايضة من حرف واحد في الجينوم بدلاً من ، على سبيل المثال ، قطعة كاملة معكوسة أو مكررة. تحتوي النيوكلوتايد ، عند تقييمها ككل ، على ثروة من المعلومات. إنها الشكل الأكثر شيوعًا للطفرات الجسدية.

مثل دبابيس علامات السفر على خريطة العالم ، مع وجود طفرات كافية في SNP ، من الممكن إنشاء "خريطة" كاملة ، أو توقيع ، يرتبط بعمليات بيولوجية أو أمراض معينة. على سبيل المثال ، هناك خريطة للتغيرات الخلوية المرتبطة بتدخين التبغ أو مشاكل إصلاح الحمض النووي.

قال المؤلفون: "إن فهم التواقيع الطفرية وآلية تكوينها قد يقودنا إلى اكتشاف آلية تلف الحمض النووي وتطور المرض في القلب المتقدم في السن".

بعد تسلسل ما يقرب من 60 عينة ، عمل الفريق بعد ذلك على خوارزمية لتحليل البيانات ، ومقارنتها بقاعدة بيانات معروفة لتوقيع السرطان تسمى COSMIC. زادت عمليات تحرير الحمض النووي مع تقدم العمر ، حيث تتناسب أنواع الطفرات مع أربعة أنواع مختلفة من التوقيعات. التوقيع A ، على سبيل المثال ، قام بتبديل أحرف الحمض النووي C و T. في حين أنه قد لا يبدو كثيرًا ، تخيل استبدال جميع C في هذه المقالة بـ Ts ، أو العكس - سيؤدي إلى تقسيم النص بأكمله.

بالنظر إلى الدعامة الجزيئية للتوقيعات ، وجد الفريق السبب المحتمل لشيخوخة القلب والخلل الوظيفي: الإجهاد التأكسدي. نتيجة ثانوية مؤسفة لعملية التمثيل الغذائي الطبيعي للخلية ، تعمل هذه الجزيئات مثل كرات المدفع الصغيرة ، وتسبب الفوضى داخل الخلايا ، والحمض النووي ، وأغشيتها. وبينما تمتلك الخلايا الأصغر سنًا وسيلة لصد الهجمات الشرسة ، تفقد الخلايا الأكبر سنًا هذه القدرة تدريجيًا. النتيجة ليست جميلة. على سبيل المثال ، قد ينتهي الأمر بخلايا القلب بأحرف DNA تالفة بينما يتم تدمير آلية إصلاح الجينوم الخاصة بها في نفس الوقت.

قال تشين ، بطريقة ما ، هذا ليس مفاجئًا. "لأن القلب يضخ دائمًا ، فإنه يستخدم الكثير من الطاقة" ، مما ينتج مواد كيميائية يمكن أن تلحق الضرر بالحمض النووي. ما كان بمثابة صدمة هو قدرة القلب الخاصة على درء الضرر. تتمتع الخلايا العضلية القلبية بالقدرة على مضاعفة كروموسوماتها ، مما يؤدي إلى صد الهجمات التي لا هوادة فيها على حمضها النووي.

في الوقت الحالي ، تُظهر الدراسة فقط أن الطفرات الجسدية تزداد مع تقدم العمر ، وهو ما يرتبط بخلايا القلب التالفة. ما إذا كان يتم تبديل حرف الحمض النووي سبب إصابات القلب لم يتم تحديدها بعد. لكن الدراسة هي الأولى من نوعها لتشريح أمراض القلب على مستوى الخلية الواحدة على نطاق واسع. إنه مثل الانتقال من مناظير الهواة إلى تلسكوب جيمس ويب الفضائي - يمكننا الآن تحليل كل خلية مفردة ، مثل نجم في السماء ، عن طريق تحليل حمضها النووي داخل قلب متقدم في السن.

قال شودري ، بصرف النظر عن الخلايا العضلية القلبية ، "نريد أيضًا أن ننظر إلى أنواع مختلفة من الخلايا في القلب". "لقد لمسنا فقط قمة جبل الجليد."

الصورة الائتمان: عنايت / Shutterstock.com