این نرم‌افزار قدمتی بیشتر از حیوانات دارد!

تحقیقات جدید نشان می‌دهد دستورالعمل‌های ژنتیکی که اندازه اندام‌های بدن را کنترل می‌کنند، میلیون‌ها سال پیش از ظهور حیوانات وجود داشته‌اند.

به گزارش سرویس اخبار علمی تک ناک، دانشمندان با مطالعه روی موجودات تک‌سلولی به نام کُوانوفلاژلات‌ها دریافتند که این میکروب‌ها از همان مکانیسم مولکولی استفاده می‌کنند که حیوانات بعدها برای تنظیم رشد اندام‌ها به کار گرفتند.

این سیستم که با نام مسیر سیگنال‌دهی Hippo شناخته می‌شود، پیش از تکامل اولین حیوانات فعال بود و امروزه در کنترل اندازه بافت‌ها در حیوانات نقش دارد و اختلال در آن با بسیاری از سرطان‌ها مرتبط است.

تبو برونه، زیست‌شناس تکاملی موسسه پاستور پاریس و رهبر این تحقیق، این کشف را با پیدا کردن این حقیقت مقایسه کرد که سیستم عامل یک گوشی هوشمند در اصل برای دستگاهی کاملا متفاوت طراحی شده است. نتایج این پژوهش در نشریه Cell Reports منتشر شده است.

چگونه Hippo مسیر تکامل را برای ما روشن می‌کند؟

مسیر سیگنال‌دهی Hippo کلیدی برای درک تکامل حیوانات است. کُوانوفلاژلات‌ها موجودات تک‌سلولی هستند که گاهی کلونی‌های چندسلولی موسوم به رزت‌ها را شکل می‌دهند. این کلونی‌ها شباهت زیادی به مراحل اولیه جنینی حیوانات دارند و به پژوهشگران پنجره‌ای زنده به نحوه گذار اجداد ما از زندگی تک‌سلولی به چندسلولی می‌دهند.

تیم تحقیق با استفاده از فناوری ویرایش ژن CRISPR ژن‌های مسیر Hippo، از جمله ژن warts، را حذف کردند و نتیجه حیرت‌آور بود. کلونی‌ها دو برابر اندازه معمول رشد کردند؛ رزت‌ها به طور میانگین ۲۱ سلول داشتند، در حالی که معمولا ۱۱ سلول بودند. برخی کلونی‌های جهش‌یافته به ۶۰ سلول رسیدند، بیش از دو برابر حداکثر اندازه کلونی‌های طبیعی.

مکانیزم پشت این رشد شگفت‌آور متفاوت از حیوانات بود. در حیوانات، مسیر Hippo معمولا با تنظیم تقسیم سلولی اندازه بافت‌ها را کنترل می‌کند؛ اما در کُوانوفلاژلات‌ها، مسیر مذکور سرعت تقسیم سلولی را کنترل نمی‌کند و در عوض تولید ماتریکس خارج سلولی، ساختار مولکولی که کلونی‌ها را کنار هم نگه می‌دارد، را تنظیم می‌کند.

بیشتر بخوانید: باورهای قدیمی درباره تکامل مغز به چالش کشیده شد!

حتما بخوانید: استفاده از هوش مصنوعی برای تحلیل تکامل مغز انسان و حیوانات

راز چسبندگی ارگانیسم‌های باستانی

بررسی کلونی‌های غول‌آسا زیر میکروسکوپ نشان داد که در کلونی‌های جهش‌یافته، ماده ماتریکس خارج سلولی به میزان چشمگیری بیشتر از کلونی‌های طبیعی است. این ماتریکس، ساختارهای شاخه‌ای پیچیده‌ای شکل می‌دهد و نقاط اتصال بیشتری برای چسبیدن سلول‌ها ایجاد می‌کند.

تحلیل RNA نشان داد که غیرفعال شدن مسیر Hippo ژن‌های مرتبط با تولید ماتریکس را فعال می‌کند، از جمله ژنی به نام couscous که به همراه کلاژن فیبری و لک‌تین‌های نوع C در ساخت پروتئین‌های گلیکوزیله هسته کلونی نقش دارد. بدون نظارت مسیر Hippo، سلول‌ها چسب زیستی را بیش از حد تولید می‌کنند و این اجازه را می‌دهند که کلونی‌ها پیش از تقسیم، به اندازه‌ای بزرگ‌تر رشد کنند.

این یافته‌ها نشان می‌دهند مسیر سیگنال‌دهی Hippo احتمالا نقشی باستانی در مدیریت ماتریکس خارج سلولی در موجودات اولیه ایفا می‌کرده است. حیوانات این سیستم قدیمی را برای هدفی مرتبط اما متفاوت بازتخصیص داده‌اند: کنترل اندازه بافت‌ها از طریق تنظیم تقسیم سلولی.

از تک‌سلولی‌ها به تحقیقات سرطان

پیوند میان چوانوفلاژلات‌ها و حیوانات فراتر از یک کنجکاوی علمی است. نقص در مسیر سیگنال‌دهی Hippo در بسیاری از سرطان‌های انسانی باعث رشد کنترل‌نشده تومورها می‌شود. شناخت چگونگی عملکرد این مسیر در اجداد تک‌سلولی می‌تواند به درک مکانیزم‌های بیماری و علل اختلالات رشد سلولی کمک کند.

اجزای کلیدی مسیر Hippo شامل Hippo، Warts و Yorkie در چوانوفلاژلات‌ها، حیوانات و فیلاستریان‌ها، خویشاوند نزدیک دیگر حیوانات، یافت می‌شوند. ژن‌های کدکننده این پروتئین‌ها طی صدها میلیون سال تکامل حفظ شده‌اند؛ با تغییرات جزئی اما بدون حذف کامل، به نسل‌های بعد منتقل شده‌اند. این ژن‌ها همولوگ‌های واقعی هستند که از جد مشترکی که پیش از ظهور حیوانات زندگی می‌کرده به ارث رسیده‌اند.

این پژوهش با بهره‌گیری از یک تکنیک ویرایش ژن نوین که تیم تحقیقاتی برای چوانوفلاژلات‌ها طراحی کرده بود، میسر شد. روش‌های پیشین حذف ژن در این موجودات وقت‌گیر و غیرقابل پیش‌بینی بودند و تنها ۰.۳ درصد موفقیت داشتند. روش جدید کارایی را بین ۴۰ تا ۱۰۰ درصد در کلون‌های مقاوم به آنتی‌بیوتیک افزایش داد و برای نخستین بار این آزمایش‌ها را عملی ساخت.

این تکنیک با وارد کردن ژن مقاومت به آنتی‌بیوتیک در محل هدف، به پژوهشگران امکان می‌دهد تنها سلول‌هایی را که ویرایش ژنی در آن‌ها موفق بوده با استفاده از آنتی‌بیوتیک جدا کنند. با این روش، تیم تحقیقاتی موفق شد پنج ژن از شش ژن هدفمند خود را حذف کند.

نتایج به درک تکامل مسیر سیگنال‌دهی Hippo عمق می‌بخشد. تحقیقات روی چوانوفلاژلات‌ها نشان می‌دهد کنترل اندازه از طریق مدیریت ماتریکس خارج سلولی پیش از ظهور حیوانات وجود داشته و دیدگاه‌های پیشین مبنی بر اینکه این مسیر صرفاً در حیوانات وظیفه کنترل رشد داشته را پیچیده می‌کند.

در فیلاستریان‌ها، مسیر سیگنال‌دهی Hippo وظیفه متفاوتی دارد: شکل و قابلیت انقباض سلول را تنظیم می‌کند، نه تقسیم سلولی یا تولید ماتریکس. این تنوع عملکردها در موجودات مختلف، تصویری از یک مجموعه ژنتیکی انعطاف‌پذیر ارائه می‌دهد که تکامل بارها آن را برای اهداف نوین تطبیق داده است. زمانی که رشد اندام‌ها متوقف نمی‌شود یا این کنترل ژنتیکی مختل می‌گردد و سرطان رخ می‌دهد، در واقع با پیامدهای نرم‌افزار ژنتیکی‌ای روبه‌رو هستیم که میلیون‌ها سال پیش، پیش از ظهور اولین حیوانات، نوشته شده بود.