پیری ممکن است همچون فرایند برهم خوردن تنظیمات بهنظر برسد: با گذشت زمان، سلولها و بدن ما آسیبهایی را متحمل میشوند که موجب اختلال در عملکرد، نارسایی و درنهایت مرگ میشود. اگرچه کشفی در سال ۱۹۹۳ این تفسیر از رویدادها را تغییر داد.
بهنوشتهی کوانتا مگزین، پژوهشگران جهشی ژنتیکی را پیدا کردند که طول عمر کرم را دو برابر میکرد. پژوهشهای بعدی نشان داد ژنهای مرتبط که همگی در پاسخ به انسولین نقش داشتند، تنظیمکنندههای اساسی پیری در حیوانات مختلف از کرمها و مگس گرفته تا انسانها هستند. این کشف نشان داد پیری فرایندی تصادفی نیست و ژنهای خاصی آن را تنظیم میکنند و در را رو به پژوهشهای بیشتر درزمینهی نحوه پیشرفت پیری در سطح مولکولی باز کرد.
اخیرا مجموعهای از مقالهها مسیر بیوشیمیایی جدیدی را مستند کردهاند که پیری را تنظیم میکند. این مسیر مبتنیبر سیگنالهای ارسالشده بین میتوکندریها، یعنی اندامکهایی است که بهعنوان نیروگاه سلول شناخته میشوند.
پژوهشگران با انجام مطالعه روی کرمها، متوجه شدند آسیب به میتوکندریها در سلولهای مغز موجب پاسخ ترمیمی میشد و واکنشهای مشابهی را در میتوکندریهای سراسر بدن کرم به دنبال داشت. اثر این فعالیت ترمیمی، افزایش طول عمر کرم بود. علاوهبراین، در این سیستم ارتباطی ضدپیری، سلولهای زایا (سلولهایی که تخمک و اسپرم را تولید میکنند) نقشی اساسی داشتند. برخی از یافتهها در مجلهی Science Advances گزارش شد و برخی نیز اخیرا روی سرور مقالات پیشچاپ biorxiv.org ارسال شده است.
میتوکندریهای بافتهای مختلف با هم ارتباط برقرار میکنند
پژوهش جدید مبتنیبر مجموعهای از پژوهشهای اخیر است که نشان میدهد میتوکندریها اندامکهای اجتماعی هستند که حتی وقتی در بافتهای متفاوتی قرار دارند، با هم ارتباط برقرار میکنند. دراصل، میتوکندریها بهعنوان واکی تاکی (وسیلهی قابل حملی که امواج رادیویی را به صورت دو طرفه مخابره میکند) سلولی عمل میکنند و پیامهایی را در سراسر بدن ارسال میکنند که بر بقا و طول عمر موجود تاثیر میگذارد.
اندرو دیلین، زیستشناس سلولی، حدود یک دهه پیش اولین سرنخهای این مسیر جدید را که طول عمر را تنظیم میکند، کشف کرد. او در جستجوی ژنهای افزاینده طول عمر در کرم الگانس (Caenorhabditis elegans) بود که متوجه شد آسیب ژنتیکی میتوکندریها موجب افزایش ۵۰ درصدی طول عمر کرمها میشود. این نتیجه غیرمنتظره بود.
دیلین چنین فرض کرده بود که میتوکندریهای معیوب به جای افزایش طول عمر، مرگ را تسریع میکنند، چرا که برای عملکرد سلول حیاتی هستند. بااینحال، ایجاد اختلال در عملکرد میتوکندریها موجب شد کرمها بیشتر عمر کنند. جالبتر این که، بهنظر میرسید میتوکندریهای آسیبدیده در سیستم عصبی کرمها مسئول این اثر هستند. دیلین که اکنون استاد دانشگاه کالیفرنیا برکلی است، میگوید: «این مشاهدات نشان میدهد برخی از میتوکندریها مهمتر از سایر میتوکندریها هستند.»
اکنون، دیلین و تیمش با کشف جزئیات تازه دراینباره که چگونه میتوکندریهای مغز با سلولها در سراسر بدن کرم ارتباط برقرار میکنند تا طول عمر او افزایش پیدا کند، یافتههای گذشته خود را گسترش دادهاند.
در طول دهه گذشته، اندرو دیلین، جزئیات بیوشیمیایی مسیر جدیدی را کشف کرده است که پیری را تنظیم میکند.
فرایند میتوکندری برای تولید انرژی به ماشینآلات مولکولی بسیار پیچیده با دهها جزء پروتئین مختلف نیاز دارد. وقتی مشکلی پیش میآید، مثلا زمانی که برخی از اجزا وجود ندارند یا تاخوردگی مناسبی ندارند، میتوکندریها پاسخ استرسی به نام «پاسخ پروتئینهای تانخورده» را فعال میکنند که آنزیمهای ترمیمکننده را برای کمک به بازیایی عملکرد میتوکندری تحویل میدهد. بهاینترتیب، پاسخ پروتئینهای تانخورده سلول را سالم نگه میدارد.
آسیب ژنتیکی میتوکندریها موجب افزایش طول عمر کرمها میشود
دیلین انتظار داشت پاسخ ترمیمی فقط درون نورونهای دارای میتوکندری آسیبدیده وجود داشته باشد. اگرچه، او مشاهده کرد که سلولها در بافتهای دیگر بدن کرم نیز با اینکه میتوکندریهایشان سالم بود، پاسخ ترمیمی را فعال کردند. این فعالیت ترمیمی است که به کرمها کمک میکند عمر طولانیتری داشته باشند. بهنظر میرسید پاسخ پروتئینهای تانخورده سلولها را در وضعیت طبیعی حفظ میکند و بهعنوان فرایندی ضدپیری عمل میکند. چیزی که مشخص نبود این بود که چگونه پاسخ پروتئینهای تانخورده به بقیه ارگانیسم منتقل میشود.
تیم دیلین متوجه شد میتوکندریها در نورونهای تحت استرس از وزیکولها (کیسههای حبابمانندی که مواد را درون و بین سلولها منتقل میکنند)، برای انتقال سیگنالی به نام Wnt از سلولهای عصبی به سایر سلولهای بدن استفاده می کردند.
زیستشناسان قبلاً میدانستند مسیر سیگنالدهی Wnt در تنظیم الگوی بدن در مراحل اولیه رشد رویانی نقش دارد و طی آن همچنین فرایندهای ترمیمی مانند پاسخ پروتئینهای تانخورده را آغاز میکند. بااینحال، وقتی مسیر سیگنالدهی Wnt در بزرگسالان فعال میشود، چگونه از فعالسازی برنامه رویانی جلوگیری میکند؟
پاسخ پروتئینهای تانخورده بهعنوان فرایندی ضدپیری عمل میکند
دیلین فکر میکرد باید سیگنال دیگری وجود داشته باشد که با Wnt در تعامل باشد. پس از بررسیهای بیشتر، پژوهشگران دریافتند ژنی که در میتوکندری سلولهای رده زایا (و نه در هیچ میتوکندری دیگری) بیان میشود، میتواند فرایند رشدی Wnt را مختل کند. این نتیجه نشان میداد سلولهای زده زایا نقشی حیاتی در انتقال سیگنال Wnt بین سیستم عصبی و بافتهای سراسر بدن دارند. دیلین گفت: «سلولهای رده زایا برای این امر کاملا ضروری هستند. اگرچه مشخص نیست که آیا میتوکندریهای سلولهای رده زایا بهعنوان تقویتکننده سیگنال عمل میکنند، سیگنال را از میتوکندریهای مغز میگیرند و به بافتهای دیگر منتقل میکنند یا آیا بافتهای دریافتکننده، سیگنال هر دو منبع را میگیرند.»
دیلین گفت، شدت سیگنال رده زایا طول عمر موجود را تنظیم میکند. با بالا رفتن سن کرم، کیفیت تخمک یا اسپرم او کاهش مییابد. این کاهش در تغییر توانایی سلولهای زایا در انتقال سیگنالها از میتوکندریهای مغز نیز خود را نشان میدهد. همانطور که کرم پیرتر میشود، سلولهای رده زایا در انتقال سیگنال ترمیم ضعیفتر عمل میکند و بنابراین بدن نیز تحلیل میرود.
دانشمندان هنوز نمیدانند آیا یافتههای وصفشده درباره انسانها و نحوه پیری ما نیز صدق میکند یا خیر. اگرچه بهگفتهی دیلین، این فرضیه از دیدگاه تکاملی منطقی است. تا زمانی که سلولهای زایا سالم هستند، سیگنالهای پشتیبان بقا را ارسال میکنند تا اطمینان حاصل شود میزبان برای تولیدمثل زنده میماند. اما با کاهش کیفیت سلولهای زایا، دلیل تکاملی برای افزایش بیشتر طول عمر وجود ندارد. از دیدگاه تکاملی، هدف زندگی تکثیر خود است.
این واقعیت که میتوکندریها میتوانند با هم ارتباط برقرار کنند، تاحدی نگرانکننده بهنظر میرسد، اما توضیحی برای آن وجود دارد.
مدتها پیش میتوکندریها باکتریهایی با زندگی آزاد بودند که به نوع دیگری از سلولهای اولیه پیوستند تا با همکاری هم در سلولهای پیچیده امروزی عمل کنند. بنابراین، توانایی آنها برای برقراری ارتباط احتمالا یادگاری از جد باکتریایی میتوکندری است که زندگی آزادانهای داشت. دیلین گفت: «این اندامک کوچکی که میلیاردها سال درون سلولها جا خوش کرده است، هنوز منشا باکتریایی خود را حفظ کرده است.»
اگر پژوهشهای دیلین روی کرمها در موجودات پیچیدهتری مانند انسان نیز تکرار شود، شاید بتوان گفت میتوکندریهای شما هماکنون درمورد سن شما با هم درحال صحبت کردن هستند.
۲۲۷۲۲۷
