إذا سألت نفسك لماذا نرث الميتوكوندريا من الأم فقط، فالإجابة هي - البويضة هي التي تدمر ميتوكوندريا الأب بعد وقت قصير جدًا من الإخصاب
بعد دقائق من لقاء الحيوان المنوي بالبويضة في ذبابة الفاكهة، تصبح الأخيرة مسرحا لصراع نشط بين النوعين. تهاجم البويضة المخصبة وتدمر عضيات الميتوكوندريا - "مراكز الطاقة" الخلوية - للحيوانات المنوية التي تدخلها، تمامًا كما لو كانت غازية أجنبية، تاركة وراءها الميتوكوندريا الخاصة بها فقط. هذه النتائج الجديدة سلط علماء معهد وايزمان للعلوم الضوء على لغز أمومي قديم: لماذا وكيف تكون جميع عضيات الميتوكوندريا في جسمنا موروثة من الأم؟
في جميع الأنواع تقريبًا - من النباتات التي تتكاثر جنسيًا، مرورًا بالفطريات والحشرات إلى الثدييات، بما في ذلك البشر - تختفي عضيات الميتوكوندريا الخاصة بالأب بشكل غامض بعد وقت قصير من الإخصاب. ووفقا لإحدى النظريات، تختفي هذه العضيات ببساطة لأنها تصبح فارغة في الستين مقارنة بالعدد الهائل من عضيات الميتوكوندريا الخاصة بالأم في البويضة المخصبة. ومع ذلك، هناك أيضًا نظرية واسعة الانتشار تقول إن البيضة تهرب منهم عمدًا.
منذ حوالي عقد من الزمان، اكتشف العلماء في مختبر البروفيسور. إيلي أرما في قسم الوراثة الجزيئية بالمعهد الأدلة على نظرية "اليد الخفية".. والآن، وفي دراسة جديدة، بقيادة الباحث شارون بن هور، كشف العلماء عن التفاصيل الجزيئية لهذه اليد، وأظهروا كيف تشن البويضة هجومًا موجهًا ومستهدفًا ضد الميتوكوندريا في خلية الحيوانات المنوية.
"من الممكن أن تحتوي أعضاء الأب على عوامل ضارة وبالتالي يتم تدميرها - ولكن من الممكن أيضًا أن تحتوي على مهر ثمين من الأب"، يكثف البروفيسور أرما الغموض. "بطريقة أو بأخرى، فإن انهيار ميتوكوندريا الأب له تأثير حاسم على التطور المستمر للذبابة."
عبور الروبيكون
تعتبر الخلايا المنوية لذبابة الفاكهة مناسبة بشكل خاص لهذا النوع من الأبحاث، لأنها من بين أكبر الخلايا من نوعها في الطبيعة. كما أن عضياتها الميتوكوندرية ليست منتشرة في جميع أنحاء الخلية ولكنها تقع على طول ذيل الحيوان المنوي ومتصلة معًا في بنية واحدة طويلة.
وفي الدراسة الجديدة، أظهرت بن هور وزملاؤها أنه بمجرد اختراق خلية منوية للبويضة، تسبقها أسراب من الفقاعات التي تتحد وتلتف ذيل الحيوان المنوي على طوله بالكامل. يؤدي هذا الغلاف المنسق جيدًا إلى تحطيم بنية الميتوكوندريا الموجودة في الذيل إلى قطع أصغر وأسهل في الهضم.
وفي الخطوة التالية، وبعد فحص الآلاف من أجنة ذبابة الفاكهة، تفاجأت بن هور وشركاؤها عندما اكتشفوا أن الحويصلات التي تغلف ذيل الحيوان المنوي تحتوي على جزيئات تم تحديدها بجهاز المناعة الفطري. وكشفت اختبارات أخرى أن سطح قشرة الفقاعة يحتوي على كميات كبيرة بشكل خاص من روبيكون، وهو بروتين في الجهاز المناعي معروف بنشاطه ضد البكتيريا الغازية.
وفي وقت لاحق، كشف العلماء عن المسار البيوكيميائي الكامل لانهيار الميتوكوندريا الأبوية في البويضة، وأظهروا أنه يذكرنا بالفعل بما يحدث في خلايا الجهاز المناعي التي تبتلع البكتيريا وتقتلها. على سبيل المثال، تمامًا كما هو الحال في هذه الخلايا، فإن الخطوة الأخيرة في مسار انهيار الميتوكوندريا في البويضة المخصبة هي تجنيد الليزوزومات - عضيات دورة الخلية - التي تكمل انهيار الميتوكوندريا والهضم.
يقول بن: "لقد اكتشفنا أن البيضة تصب محتوى جديدًا في المسار البيوكيميائي لجهاز المناعة الفطري بهدف تجنيده لتدمير الميتوكوندريا الخاصة بالأب. وفي الواقع، يمكن القول إنها تعامل هذه العضيات مثل الغزاة الخطرين". هور. وتتوافق هذه النتائج أيضًا مع النظرية السائدة حول الأصل القديم للميتوكوندريا، والتي بموجبها بدأت هذه العضية رحلتها كبكتيريا غزت خلية كائن أكثر تطورًا، ورأت أنها جيدة وبقيت. وقد أفاد هذا الغزو كلا الجانبين وأصبح حقيقة تطورية.
ولكن لماذا تهتم البيضة كثيرًا بتدمير ميتوكوندريا الأب؟ يشير أحد التفسيرات الشائعة إلى حاجة الخلية إلى تحقيق التوافق بين جينوميها: الجينوم الموجود في النواة، والذي يتكون من اندماج الحمض النووي للأب والأم، وجينوم الميتوكوندريا، الذي يختلف عن الموجود في الخلية. النواة. ووفقاً لهذا التفسير، يكون من الأسهل تحقيق التوافق والانسجام في الخلية إذا كانت جميع عضيات الميتوكوندريا تحمل الحمض النووي للأم وليس للأب، لأن أنواعاً كثيرة جداً من الحمض النووي يمكن أن تؤدي إلى صراعات وأعطال. ولكن قد لا تكون هذه هي القصة بأكملها، لأنه في كل من الذباب والبشر، يتحلل الحمض النووي للميتوكوندريا الأبوية قبل وقت طويل من تحلل الميتوكوندريا نفسها.
يقول البروفيسور أرما: "إن حقيقة أن البيضة تستخدم مثل هذه الآليات العدوانية لتدمير الميتوكوندريا الخاصة بالأب تشير إلى مدى إلحاح التدمير". "قد يكون أحد التفسيرات المحتملة هو أن الميتوكوندريا الخاصة بالأب تحتوي على مكونات ليست من الحمض النووي، على سبيل المثال الحمض النووي الريبوزي (RNA)، مما قد يضر الجنين - ومن ناحية أخرى، من الممكن أيضًا أن تحتوي على جزيئات صغيرة قد تفيد نمو الجنين. لذلك من المفيد تقسيمها والاستفادة منها." لفحص هذا السؤال، أنشأ بن هور أجنة ذبابة معدلة وراثيًا غير قادرة على إنتاج بروتين روبيكون. وأظهر الباحثون أن هذه الأجنة تفشل في تدمير الميتوكوندريا الخاصة بالأب، وبالتالي فإن نموها ضعيف.
هل يتم أيضًا تدمير عضيات الميتوكوندريا الأبوية عند البشر باستخدام نفس الآليات القديمة؟ هناك أدلة تشير إلى أوجه التشابه في هذه العمليات على طول الشجرة التطورية. على سبيل المثال، حتى في الثدييات، تم تحديد مجموعات من الفقاعات في الماضي بالقرب من ذيل الحيوان المنوي بعد تخصيب البويضة.
إلى جانب التفكير في الحرب بين الجنسين وحل اللغز العلمي الذي طال أمده، إذا تم التحقق من صحة أوجه التشابه هذه في الدراسات المستقبلية، فإنها قد تمهد الطريق لإدخال تحسينات في علاجات الخصوبة المتقدمة، مثل الإخصاب في المختبر أو العلاجات التي تشمل استبدال الميتوكوندريا لدى الأم - على سبيل المثال بعد حدوث طفرات خطيرة - من خلال التبرع بالبويضات.
وشارك في الدراسة أيضًا شوشانا سارنيك، سارة عفار، د. ألينا كولباكوفا، د. يوآف فوليتي، د. ليرون غال، د. عنات فلورنتين، بروفيسور شموئيل بتروكوفسكي، د. إيال شيشتر، ود. كارين ياكوفي شارون قسم الوراثة الجزيئية. عوفرا غولاني والدكتور إيهود سيفان من قسم البنى التحتية لأبحاث علوم الحياة؛ د. نيلي دزورلا من قسم البنى التحتية للأبحاث الكيميائية؛ والدكتور ديفيد مورجنسترن من المركز الوطني الإسرائيلي للطب الشخصي الذي يحمل اسم نانسي وستيفن جراند.
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
