درس العلماء 348 من الثدييات لاكتشاف سبب عيش بعضها لشهور بينما يعيش البعض الآخر قرونًا

درس العلماء 348 من الثدييات لاكتشاف سبب عيش بعضها لشهور بينما يعيش البعض الآخر قرونًا

الطابع الزمني: 15 آب (أغسطس) 2023 ، الساعة 10:00 صباحًا
قام العلماء بدراسة 348 من الثدييات لاكتشاف لماذا يعيش بعضها لعدة أشهر بينما يعيش البعض الآخر في القرون الماضية. البحث العمودي. منظمة العفو الدولية.

لدى الثدييات نفس الجينات تقريبًا. ومع ذلك ، من انزلاق فئران المختبر إلى الحيتان مقوسة الرأس الرائعة أو الفيل الأنيق ، يمكن أن يكون الاختلاف في العمر أكثر من قرن. لماذا؟

كونسورتيوم دولي هو فك اللغز. وبدلاً من مقارنة الحروف الجينية المختلفة بين الأنواع ، حولوا التركيز إلى التعبير الجيني - أي كيفية تشغيل الجينات أو إيقاف تشغيلها. اكتسب هذا المجال ، المعروف باسم علم التخلق ، زخمًا باعتباره ساعة بيولوجية لقياس الصحة والشيخوخة وحتى التنبؤ بالمدة التي يمكن أن تعيشها الأنواع.

دراسة القوة ، نشرت الأسبوع الماضي في علوم, غطت ما يقرب من 15,500 عينة من 348 نوعًا من الثدييات الصغيرة والكبيرة. يبدو سجل الحيوانات بالكامل مثل عدد سكان حديقة حيوانات دولية. في أحد طرفيه يوجد الرجال الصغار: الفئران والأرانب والقطط والكلاب. أحدهما الآخر هو الجواسيس والماموث في عالمنا: الفهود والفهود والدلافين قارورية الأنف والفيلة. تتناثر داخل تشكيلة الفريق الغريب نوعًا ما: الخفاش مصاص الدماء ، والشيطان التسماني ، والحمار البري الصومالي. ونعم ، يظهر البشر بالفعل ، جنبًا إلى جنب مع الرئيسيات الأخرى غير البشرية.

هناك سبب لتحليل مملكة الحيوان بكل تنوعها المجيد. من خلال دراسة الثدييات باستخدام نفس الساعة البيولوجية ومقارنة كل ملف شخصي ، يمكننا البدء في تحليل "النقاط الساخنة" الجينومية التي تتحكم في الشيخوخة والعمر ، وبالتالي نبدأ في استخدام طرق لتنظيم تلك البقع وتأخير أو حتى عكس عملية الشيخوخة.

"لقد اكتشفنا أن فترات حياة الثدييات مرتبطة ارتباطًا وثيقًا بالتعديلات الكيميائية لجزيء الحمض النووي ، والمعروف على وجه التحديد بعلم التخلق ،" محمد الدكتور ستيف هورفاث من جامعة كاليفورنيا ، لوس أنجلوس (UCLA) ، الذي قاد الدراسة.

وبغض النظر عن الشيخوخة ، يمكن للأدوات الحسابية المطورة أن تساعد العلماء أيضًا على ربط علم التخلق بالسمات المعقدة الأخرى ، مثل الطول والوزن واضطرابات التمثيل الغذائي مثل مرض السكري من النوع 2 أو الاضطرابات العصبية.

بالنسبة للدكتور أليكس دي ميندوزا بجامعة كوين ماري بلندن ، والذي لم يكن مشاركًا في المشروع ، فإن المغزى هو أن لدينا الآن علامة عالمية لتقييم الشيخوخة والسمات الأخرى عبر الثدييات. "لذلك ، يمكن الآن اختبار العلاجات التجريبية التي تهدف إلى تعديل الشيخوخة ..." في مجموعة متنوعة من الحيوانات عبر النطاق التطوري باستخدام "مسطرة" قياسية للشيخوخة اللاجينية كتب.

مشكلة التقدم في العمر

لا يعكس عدد الشموع على كعكة عيد ميلادك دائمًا عمرك البيولوجي.

نعلم جميعًا أشخاصًا - بفضل الوراثة أو نمط الحياة - يبدون ويتصرفون أصغر بكثير من عمرهم الزمني. لقد عرف العلماء منذ فترة طويلة أن الأمر لا يقتصر على القصص: فهؤلاء الأشخاص يظهرون علامات أقل للشيخوخة في عملية التمثيل الغذائي، والخلايا الجذعية، والالتهابات، وتعبير الحمض النووي.

منذ ما يقرب من عقد من الزمان ، هورفاث وتساءل إذا كان من الممكن استخدام علامات الشيخوخة هذه لقياس العمر البيولوجي للشخص بغض النظر عن عدد السنوات التي قضاها على الأرض. لقد شحذ علامة فوق جينية واحدة: مثيلة الحمض النووي.

تحمل معظم خلايانا نفس المخطط الجيني. ما يميز الخلايا العصبية عن خلايا القلب عن الخلايا العضلية هو كيفية التعبير عن الجينات. تعد عملية مثيلة الحمض النووي طريقة قوية للتحكم في متى وأين يتم إيقاف الجينات. تضيف هذه العملية مادة كيميائية صغيرة تمنع آلية التعبير عن الحمض النووي من الوصول إلى الجينات، وبالتالي تمنع ترجمتها إلى بروتينات. يحتوي كل نوع من الخلايا والأنسجة والأعضاء على بصمة فريدة لمثيلة الحمض النووي، والتي تتغير بشكل مطرد مع تقدم العمر.

طور عمل هورفاث الرائد متنبئًا بالعمر البيولوجي في أنسجة متعددة باستخدام مثيلة الحمض النووي وحدها من 8,000 عينة. منذ ذلك الحين ،و اخرين'- حفز العمل عدة الساعات اللاجينية التي تتنبأ أيضًا بالأمراض المرتبطة بالعمر ، مثل السرطان أو صحة الدماغ أو مشاكل القلب.

أوضح ميندوزا أن "مثيلة الحمض النووي أسهل للقياس من الآليات التنظيمية التقليدية الأخرى للجينات".

ومع ذلك ، فإن التركيز الوحيد على البشر بدا ضيقًا للغاية. صاغ التطور تغييرات جينية عبر الأنواع لمساعدة كل منها على التكيف مع بيئاتها الفريدة. هل يمكنها أيضًا تشكيل المناظر الطبيعية اللاجينية؟

ساعة عالمية

الفريق مؤخرا وسعت ساعة مثيلة الحمض النووي الخاصة بهم لأكثر من 200 نوع مختلف من الثدييات. إنها مشكلة صعبة: كان عليهم أولاً البحث عن مواقع مثيلة الحمض النووي على المواد الجينية المحفوظة عبر الأنواع المختلفة. ثم قاموا بتصنيع "مجسات" دقيقة تكشف عن مثيلة الحمض النووي ويمكنها تحمل الطفرات الصغيرة عبر الأنواع.

الرقاقة الناتجة ، والتي تسمى مصفوفة Horvath Mammalian ، اكتشفت ساعات لاجينية في أنواع متعددة من الأنسجة مثل الدم ، والجلد ، والكبد ، والكلى ، والدماغ ، وأكثر من ذلك في الأنواع المختلفة. الرقاقة عبارة عن مسبار متعدد الصفوف منظم بدقة لمجموعة فرعية من مواقع مثيلة الحمض النووي ، مما يسهل دراسة كيفية ارتباط مثيلة الحمض النووي بسمات مثل العمر دون الحاجة إلى أحجام عينات كبيرة. بجزء بسيط من تكلفة الطرق السابقة ، تقارن الرقاقة مباشرة مواقع مثيلة الحمض النووي عبر عينات الأنسجة والأنواع.

ساعة جينية تطورية

توسع الدراسة الجديدة نطاق العمل ليشمل 348 نوعًا و 15,456 عينة ، مع ما يصل إلى 70 نسيجًا لكل نوع. امتد التعاون الضخم من المؤسسات الأكاديمية إلى Smithsonian and Sea World.

قام الفريق أولاً بشحذ مواقع مثيلة الحمض النووي المحفوظة للغاية في كل نوع. رسمت النتائج شجرة تطورية لاجينية - أُطلق عليها اسم "شجرة جينات النسيلة" - والتي تلخص بشكل مدهش شجرة الحياة في الثدييات.

"تظهر نتائجنا أن مثيلة الحمض النووي تخضع لضغوط وانتقاء تطوري ،" محمد المؤلفون.

باستخدام نموذج التعلم الآلي ، قام الفريق بعد ذلك بتثبيت 55 وحدة مثيلة مختلفة للحمض النووي (كل منها مدبلج بشكل محبب بظل لوني) مرتبطة بسمة معقدة. تمكنت بعض ألوان الوحدة من اكتشاف العضو أو جنس العينة بغض النظر عن الأنواع.

والأكثر إثارة للاهتمام هو وجود حفنة من بقع مثيلة الحمض النووي المرتبطة بعمر الإنسان. تتحكم العديد من المواقع بشكل مباشر في الجينات القوية المشاركة في تجديد الشباب. وبرز اثنان على وجه الخصوص: OCT4 وSOX2، وكلاهما معروف بكونه مفتاحًا عوامل ياماناكا. تساعد هذه الجينات على إعادة الخلايا الناضجة – خلايا الجلد على سبيل المثال – إلى المرحلة الجنينية، مما يؤدي إلى مسح هويتها والسماح لها بالبدء من جديد. عندما قام الفريق بحقن الفئران بهذه العوامل، عادت ساعة مثيلة الحمض النووي إلى الوراء في جلدها وكليتيها.

قال ميندوزا: "لذلك ، فإن تنظيم هذه العوامل عبر حياة الثدييات قد يؤدي إلى فترات حياة مختلفة ، حيث تعبر بعض الأنواع عنها لفترة أطول".

وجد تحليل آخر أن العديد من مواقع مثيلة الحمض النووي مرتبطة بأقصى عمر. هذه ساعات عنيدة ولكنها موثوقة لا تتغير مع تقدم العمر. قال الفريق إن معظمهم يُفترض أنهم "تأسسوا عند الولادة".

وضع علامة توك يذهب على مدار الساعة

على الرغم من شمولها، إلا أن هذه الدراسة ليست هي الكلمة الأخيرة فيما يتعلق بساعات مثيلة الحمض النووي.

هناك الكثير من المنبوذين. عادة ما يرتبط وزن الجسم بطول العمر. بعد بعض سلالات الكلاب الصغيرة أصغر بيولوجيا من تلك الأكبر حجما. يمكن لبعض الخفافيش أن تعيش أكثر من ثلاثة عقود، وهي فترة أطول بكثير مما كان متوقعًا بناءً على وزن جسمها وحده. يمكن أن تكون المنصة اللاجينية نقطة انطلاق لتحليل بصماتهم الجينية الفريدة.

على نطاق أوسع ، لا تكشف الساعات النقاب عن كيفية تقدمنا ​​في العمر فحسب ، بل عن سبب ذلك. في مقالة شقيقة، وجد فريق هورفاث أحرفًا محددة من الحمض النووي مع مثيلة تتغير مع تقدم العمر عبر أنواع متعددة. كانت المواقع قريبة من الجينات التي تتحكم في العمليات من الولادة إلى الموت ، بما في ذلك تلك التي تشارك في التطور والسرطان.

استنتاجهم؟ وقالوا: "الشيخوخة يتم الحفاظ عليها تطوريًا ومتشابكة مع عمليات النمو في جميع الثدييات".

هذا لا يعني أننا عاجزون عن إبطاء ويلات الزمن. على سبيل المثال ، يمكن للساعة اللاجينية العالمية أن تربط بين العلاجات المضادة للشيخوخة في فئران التجارب ويمكن استقراءها للبشر. تتراوح العلاجات من التدخلات السلوكية - خفض السعرات الحرارية وممارسة الرياضة - إلى المخدرات التي تقتل من "خلايا الزومبي" السامة أو تلك المستهدفة العمليات اللاجينية. هورفاث وآخرون يتعاونون معهم بسهولة مختبرات ألتوس ، شركة ناشئة لعلاجات تجديد الخلايا بدعم من جيف بيزوس وآخرين.

وقال ميندوزا إنه باستخدام علامة عالمية تعتمد على الحمض النووي، يمكننا اختبار هذه العلاجات على أنواع أخرى من الثدييات، ولكل منها تركيبها اللاجيني والاستقلابي الفريد.

الصورة الائتمان: أرشيف صور GPA

الطابع الزمني:

اكثر من التفرد المحور