دانشمندان فرآیند اجتناب‌ناپذیر تخریب DNA برای رشد مغز را کشف کرده‌اند

به گزارش مجله خبری نگار، دانشمندان موسسه علوم سلولی و مواد یکپارچه دانشگاه کیوتو و همکارانشان کشف کردند که در طول رشد مغز، نورون‌های جوان به طور منظم DNA خود را برای حرکت به مقصد نهایی خود تخریب می‌کنند. این موضوع  در Science Daily گزارش شد.

در طول رشد مغز، سلول‌های تازه تشکیل‌شده از بافت متراکم عبور می‌کنند تا به قشر مغز برسند. برای انجام این کار، نورون‌ها باید از شکاف‌های باریک بین فیبر‌ها و سلول‌های همسایه عبور کنند. محققان دریافته‌اند که این فشار مکانیکی منجر به شکستگی‌های دو رشته‌ای (DSBs) می‌شود که خطرناک‌ترین شکل آسیب DNA است و در آن هر دو رشته مارپیچ دوگانه قطع می‌شوند.

به نظر می‌رسد مغز در حال رشد به گونه‌ای تکامل یافته است که آسیب‌های عصبی را به طور مؤثر تحمل و ترمیم کند. اما درک محدودیت‌های این انعطاف‌پذیری - و آنچه در صورت ناقص بودن بهبودی اتفاق می‌افتد - ما را به درک طیف وسیعی از بیماری‌های عصبی نزدیک‌تر می‌کند.

برای مطالعه این فرآیند، زیست‌شناسان با هدایت نورون‌ها از طریق میکروکانال‌هایی که فضا‌های باریک در بافت را شبیه‌سازی می‌کردند، شرایط فیزیکی مغز را در آزمایشگاه بازسازی کردند. دانشمندان با استفاده از نشانگر‌های فلورسنت، وقوع شکستگی‌های DNA را در حین حرکت ثبت کردند. پس از خروج سلول‌ها از فضا‌های باریک، آسیب به تدریج ناپدید شد: بیشتر شکستگی‌ها ظرف ۲۴ ساعت ترمیم شدند.

منبع آسیب، آنزیم توپوایزومراز IIβ بود. در شرایط عادی، این آنزیم رشته‌های DNA را به طور موقت برش می‌دهد تا فشار ناشی از فعالیت سلول را کاهش دهد، سپس آنها را دوباره به هم متصل می‌کند. با این حال، هنگامی که یک نورون به صورت مکانیکی فشرده می‌شود، آنزیم در اواسط فرآیند گیر می‌کند و بخش‌هایی از DNA را شکسته باقی می‌گذارد. برای بازیابی یکپارچگی، سلول از مکانیسمی به نام اتصال انتهایی غیرهمولوگ استفاده می‌کند.

دانشمندان خاطرنشان کردند که نورون‌ها با چنین آسیب‌هایی با موفقیت بیشتری نسبت به سلول‌های سرطانی کنار می‌آیند. در نورون‌ها، شکستگی‌ها در مناطقی از ژنوم قرار دارند که در عملکرد‌های حیاتی دخیل نیستند و به سلول اجازه می‌دهند عملکرد خود را حفظ کند.

در یک آزمایش روی موش‌ها، دانشمندان به طور مصنوعی فعالیت آنزیم لیگاز ۴، که مسئول ترمیم DNA است، را مسدود کردند. موش‌های بالغ شروع به تجربه مشکلات هماهنگی حرکتی پیشرونده کردند، که مشخصه تعدادی از بیماری‌های عصبی انسان مرتبط با بی‌ثباتی ژنومی است.

این موضوع درک ما از ژنوم نورونی را تغییر می‌دهد. همه نورون‌ها از یک DNA یکسان سرچشمه می‌گیرند، اما آسیب و ترمیم DNA می‌تواند از طریق یک فرآیند مکانیکی کوچک، تفاوت‌های ژنتیکی ظریفی را بین نورون‌های منفرد ایجاد کند. بخشی از این تاریخچه ممکن است در خود ژنوم نوشته شده باشد.

در ۱۵ ژوئن، مجله Medical Xpress علت اختلال شناختی پس از آسیب تروماتیک مغزی را فاش کرد. طبق این نشریه، حتی یک ضربه مغزی خفیف نیز می‌تواند باعث تخریب اتصالات عصبی شود.

منبع: iz