هكذا تحافظ على نظام غذائي متوازن من عضيات الالتهام الذاتي - وهي آلية الأكل الذاتي الموجودة في خلايا الجسم والتي تزيل الفضلات وتقوي صحتنا
تقوم خلايا الجسم بتنظيف نفسها بمساعدة عملية التخلص من النفايات داخل الخلايا تسمى "الالتهام الذاتي" - الأكل الذاتي باللغة اليونانية. ومع ذلك، كما هو الحال مع أي نوع من الأكل، يجب أيضًا أن يتم الالتهام الذاتي باعتدال. ومؤخراً اكتشف العلماء في معهد وايزمان للعلوم وسيلة للتحكم في هذا الأكل: الآلية التي تحافظ على حجم فم العضية التي تقوم بعملية الالتهام الذاتي، وتضمن فتحها بالطريقة الصحيحة تمامًا، وعدم التهام كل مكونات الخلايا في طريقها بشكل لا يمكن السيطرة عليه. يقول البروفيسور: "إن الآلية التي اكتشفناها تجعل من الممكن إزالة الكمية الضرورية من النفايات السليولوزية، ولكن ليس أكثر من ذلك". زبولون العازار من قسم العلوم الجزيئية الحيوية الذي ترأس مجموعة البحث.
تهدف الالتهام الذاتي بشكل أساسي إلى إزالة النفايات الكبيرة، مثل مجاميع البروتين التالفة أو أجزاء العضيات. وفي الحالات القصوى، كالجوع على سبيل المثال، يمكنه حتى تحطيم المواد الخلوية بشكل عشوائي لتوفير اللبنات الأساسية للعمليات الأساسية في الخلية. وبما أن الالتهام الذاتي مهم للعديد من أجهزة الجسم، وخاصة لصيانة الخلايا طويلة العمر التي لا تتجدد، بما في ذلك الخلايا العصبية، فإن الاضطرابات في عملية التنظيف يمكن أن تؤدي إلى مجموعة من الأمراض؛ على سبيل المثال، يمكن أن يؤدي الفشل في الالتهام الذاتي إلى موت الخلايا العصبية في مرض باركنسون وغيره من أمراض الدماغ التنكسية. بالإضافة إلى ذلك، فإن انخفاض مدى الالتهام الذاتي الذي يحدث مع تقدم العمر يزيد من خطر الإصابة بأمراض مختلفة، بما في ذلك السرطان.
وفي دراسة جديدة في مختبر البروفيسور إليزار، شرع العلماء بقيادة طالب الدكتوراه أورين شاتز في اكتشاف كيفية تنظيم الجسم لآلية الالتهام الذاتي. وبما أن احتياجات الخلية تتغير باستمرار، فإن آلات الالتهام الذاتي - وهي عضيات تسمى جسيمات البلعمة الذاتية - تعيد تجميع نفسها في كل مرة ويتم تدميرها عند انتهاء عملها. يحتوي الهيكل الذي يتطور منه جسيم البلعمة الذاتية على غشاء مزدوج يعرف باسم حامل البلعمة يمكنه تغليف المادة الخلوية المعدة للتخلص منها، على غرار كيس القمامة، وتوجيهها إلى "مكب نفايات" - عضية تعرف باسم الليزوزوم - حيث يتم انهارت. هناك phagophores يمكنها ابتلاع كل ما يأتي في طريقها بشكل عشوائي، بينما البعض الآخر انتقائي للغاية - يستخدمون البروتينات التي "تغذيهم بالملعقة"، أي أنهم مسؤولون عن نقل النفايات المخصصة للإخلاء إلى أفواههم.
"الآلية التي اكتشفناها تجعل من الممكن التخلص تمامًا من الكمية الضرورية من نفايات السليلوز، ولكن ليس أكثر من ذلك"
حتى الآن، كان الرأي السائد بين العلماء هو أنه في كلتا الحالتين، الصعب الإرضاء وغير الإرضاء، يفتح حامل البلعمة فمه الكبير ويحفر في جسمه الفضلات التي تتطلب إزالتها. لكن نتائج الدراسة الجديدة، التي أجريت على خلايا الخميرة، تظهر أن هذا ليس وصفًا صادقًا لعادات الأكل لدى الجسيم الذاتي الموجود. يقول شاتز: "لقد اكتشفنا آلية تتحكم في فتح الفم في عملية الالتهام الذاتي". "هذا التحكم ضروري بشكل خاص في حالة الالتهام الذاتي غير الانتقائي الذي يمكن أن يؤدي إلى غمر الخلية بأكملها من الداخل."
تضمن الآلية المكتشفة في الدراسة أنه حتى في حالة الالتهام الذاتي غير الانتقائي، فإن جسيم البلعمة الذاتية لن يفتح فكيه بالكامل ويلتهم كل ما يقترب منه. في الواقع، أثناء عملية إنشاء غشاء البلعمة، يتم تحديد حجم الفتحة ولا يتغير حتى عندما يستمر الغشاء نفسه في النمو والتوسع لاحتواء النفايات المعدة للإزالة. ونتيجة لذلك، وعلى عكس التصور السائد، فإن الفاجوفور لا يشبه في شكله فنجان الشاي، بل يشبه إبريقًا رفيع العنق، يشبه الفخار المعروف في اليونان القديمة. يقول شاتز: "مهما كانت محتويات الجرة، فإن الفتحة ستبقى ضيقة". "وبعبارة أخرى، يمكننا القول أنه تم اكتشاف أن الجسيم البلعمي الذاتي ليس شرهًا يلتهم كل شيء، ولكنه آكل شهي يتدفق إليه الطعام المختار تدريجيًا من خلال الانتشار."
في الخطوة التالية، أظهر العلماء أنه حتى في سيناريو الالتهام الذاتي الانتقائي، فإن فم حامل البلعمة لا يفتح بشكل لا يمكن السيطرة عليه. في الواقع، حتى لو كانت الفتحة التي يتم فتحها أكبر مما كانت عليه في العملية غير الانتقائية، فإن حجمها يتم تنظيمه بواسطة نفس الآلية. في نهاية الوجبة، يتم التخلص من آلية التحكم في كلا النوعين من الالتهام الذاتي وتسمح بإغلاق الفتحة، وإغلاق الغشاء - وهضم المواد المبتلعة.
وكشف شاتز وزملاؤه أيضًا عن التفاصيل الجزيئية لآلية التحكم هذه: فقد أظهروا أنها تشتمل على مجموعتين رئيسيتين من البروتين - واحدة مسؤولة عن فتح الفم، والأخرى عن إغلاقه. وبعد تحديد المكونين، أظهر العلماء بمساعدة الأساليب المبتكرة التي طوروها أنه يمكن التحكم في كل منهما لزيادة أو تقليل الفتحة بطريقة محسوبة. إن القدرة على ضبط الالتهام الذاتي إلى المستوى المطلوب والحفاظ على "نظام غذائي متوازن" قد تكون أداة قوية في التعامل مع الأمراض المختلفة. يوضح البروفيسور إليزار: "في مرض السرطان، على سبيل المثال، تعتبر الالتهام الذاتي سلاحًا ذا حدين". "قد يؤدي القليل منه إلى تراكم الجذور الحرة المسببة للسرطان، ولكنه في الوقت نفسه يستخدم من قبل الأورام السرطانية الموجودة ويمكّن من بقائها على قيد الحياة."
وشارك في الدراسة أيضًا الدكتورة ميلينا فرايبرغ، وداميلولا إيزولا، والدكتور شوبانكار داس، والدكتور أولي غوغوي، والدكتورة ألكسندرا بولينسكي من قسم العلوم الجزيئية الحيوية في المعهد، والمرحوم الدكتور إيال شموني، والدكتور تالي دادوش. والدكتور نيلي دزورلا والدكتور شارون وولف من قسم البنية التحتية للبحوث الكيميائية.
تقوم خلايا الجسم بتنظيف نفسها بمساعدة عملية التخلص من النفايات داخل الخلايا تسمى "الالتهام الذاتي" - الأكل الذاتي باللغة اليونانية. ومع ذلك، كما هو الحال مع أي نوع من الأكل، يجب أيضًا أن يتم الالتهام الذاتي باعتدال. ومؤخراً اكتشف العلماء في معهد وايزمان للعلوم وسيلة للتحكم في هذا الأكل: الآلية التي تحافظ على حجم فم العضية التي تقوم بعملية الالتهام الذاتي، وتضمن فتحها بالطريقة الصحيحة تمامًا، وعدم التهام كل مكونات الخلايا في طريقها بشكل لا يمكن السيطرة عليه. يقول البروفيسور: "إن الآلية التي اكتشفناها تجعل من الممكن إزالة الكمية الضرورية من النفايات السليولوزية، ولكن ليس أكثر من ذلك". زبولون العازار من قسم العلوم الجزيئية الحيوية الذي ترأس مجموعة البحث.
تهدف الالتهام الذاتي بشكل أساسي إلى إزالة النفايات الكبيرة، مثل مجاميع البروتين التالفة أو أجزاء العضيات. وفي الحالات القصوى، كالجوع على سبيل المثال، يمكنه حتى تحطيم المواد الخلوية بشكل عشوائي لتوفير اللبنات الأساسية للعمليات الأساسية في الخلية. وبما أن الالتهام الذاتي مهم للعديد من أجهزة الجسم، وخاصة لصيانة الخلايا طويلة العمر التي لا تتجدد، بما في ذلك الخلايا العصبية، فإن الاضطرابات في عملية التنظيف يمكن أن تؤدي إلى مجموعة من الأمراض؛ على سبيل المثال، يمكن أن يؤدي الفشل في الالتهام الذاتي إلى موت الخلايا العصبية في مرض باركنسون وغيره من أمراض الدماغ التنكسية. بالإضافة إلى ذلك، فإن انخفاض مدى الالتهام الذاتي الذي يحدث مع تقدم العمر يزيد من خطر الإصابة بأمراض مختلفة، بما في ذلك السرطان.
وفي دراسة جديدة في مختبر البروفيسور إليزار، شرع العلماء بقيادة طالب الدكتوراه أورين شاتز في اكتشاف كيفية تنظيم الجسم لآلية الالتهام الذاتي. وبما أن احتياجات الخلية تتغير باستمرار، فإن آلات الالتهام الذاتي - وهي عضيات تسمى جسيمات البلعمة الذاتية - تعيد تجميع نفسها في كل مرة ويتم تدميرها عند انتهاء عملها. يحتوي الهيكل الذي يتطور منه جسيم البلعمة الذاتية على غشاء مزدوج يعرف باسم حامل البلعمة يمكنه تغليف المادة الخلوية المعدة للتخلص منها، على غرار كيس القمامة، وتوجيهها إلى "مكب نفايات" - عضية تعرف باسم الليزوزوم - حيث يتم انهارت. هناك phagophores يمكنها ابتلاع كل ما يأتي في طريقها بشكل عشوائي، بينما البعض الآخر انتقائي للغاية - يستخدمون البروتينات التي "تغذيهم بالملعقة"، أي أنهم مسؤولون عن نقل النفايات المخصصة للإخلاء إلى أفواههم.
"الآلية التي اكتشفناها تجعل من الممكن التخلص تمامًا من الكمية الضرورية من نفايات السليلوز، ولكن ليس أكثر من ذلك"
حتى الآن، كان الرأي السائد بين العلماء هو أنه في كلتا الحالتين، الصعب الإرضاء وغير الإرضاء، يفتح حامل البلعمة فمه الكبير ويحفر في جسمه الفضلات التي تتطلب إزالتها. لكن نتائج الدراسة الجديدة، التي أجريت على خلايا الخميرة، تظهر أن هذا ليس وصفًا صادقًا لعادات الأكل لدى الجسيم الذاتي الموجود. يقول شاتز: "لقد اكتشفنا آلية تتحكم في فتح الفم في عملية الالتهام الذاتي". "هذا التحكم ضروري بشكل خاص في حالة الالتهام الذاتي غير الانتقائي الذي يمكن أن يؤدي إلى غمر الخلية بأكملها من الداخل."
تضمن الآلية المكتشفة في الدراسة أنه حتى في حالة الالتهام الذاتي غير الانتقائي، فإن جسيم البلعمة الذاتية لن يفتح فكيه بالكامل ويلتهم كل ما يقترب منه. في الواقع، أثناء عملية إنشاء غشاء البلعمة، يتم تحديد حجم الفتحة ولا يتغير حتى عندما يستمر الغشاء نفسه في النمو والتوسع لاحتواء النفايات المعدة للإزالة. ونتيجة لذلك، وعلى عكس التصور السائد، فإن الفاجوفور لا يشبه في شكله فنجان الشاي، بل يشبه إبريقًا رفيع العنق، يشبه الفخار المعروف في اليونان القديمة. يقول شاتز: "مهما كانت محتويات الجرة، فإن الفتحة ستبقى ضيقة". "وبعبارة أخرى، يمكننا القول أنه تم اكتشاف أن الجسيم البلعمي الذاتي ليس شرهًا يلتهم كل شيء، ولكنه آكل شهي يتدفق إليه الطعام المختار تدريجيًا من خلال الانتشار."
في الخطوة التالية، أظهر العلماء أنه حتى في سيناريو الالتهام الذاتي الانتقائي، فإن فم حامل البلعمة لا يفتح بشكل لا يمكن السيطرة عليه. في الواقع، حتى لو كانت الفتحة التي يتم فتحها أكبر مما كانت عليه في العملية غير الانتقائية، فإن حجمها يتم تنظيمه بواسطة نفس الآلية. في نهاية الوجبة، يتم التخلص من آلية التحكم في كلا النوعين من الالتهام الذاتي وتسمح بإغلاق الفتحة، وإغلاق الغشاء - وهضم المواد المبتلعة.
وكشف شاتز وزملاؤه أيضًا عن التفاصيل الجزيئية لآلية التحكم هذه: فقد أظهروا أنها تشتمل على مجموعتين رئيسيتين من البروتين - واحدة مسؤولة عن فتح الفم، والأخرى عن إغلاقه. وبعد تحديد المكونين، أظهر العلماء بمساعدة الأساليب المبتكرة التي طوروها أنه يمكن التحكم في كل منهما لزيادة أو تقليل الفتحة بطريقة محسوبة. إن القدرة على ضبط الالتهام الذاتي إلى المستوى المطلوب والحفاظ على "نظام غذائي متوازن" قد تكون أداة قوية في التعامل مع الأمراض المختلفة. يوضح البروفيسور إليزار: "في مرض السرطان، على سبيل المثال، تعتبر الالتهام الذاتي سلاحًا ذا حدين". "قد يؤدي القليل منه إلى تراكم الجذور الحرة المسببة للسرطان، ولكنه في الوقت نفسه يستخدم من قبل الأورام السرطانية الموجودة ويمكّن من بقائها على قيد الحياة."
وشارك في الدراسة أيضًا الدكتورة ميلينا فرايبرغ، وداميلولا إيزولا، والدكتور شوبانكار داس، والدكتور أولي غوغوي، والدكتورة ألكسندرا بولينسكي من قسم العلوم الجزيئية الحيوية في المعهد، والمرحوم الدكتور إيال شموني، والدكتور تالي دادوش. والدكتور نيلي دزورلا والدكتور شارون وولف من قسم البنية التحتية للبحوث الكيميائية.
