عندما تنمو العضلة ، لأن مالكها لا يزال ينمو أيضًا أو بدأ في ممارسة الرياضة بانتظام ، تتطور بعض الخلايا الجذعية في هذه العضلة إلى خلايا عضلية جديدة. يحدث الشيء نفسه عندما تبدأ العضلة المصابة بالشفاء. ومع ذلك ، في الوقت نفسه ، يجب أن تنتج الخلايا الجذعية العضلية مزيدًا من الخلايا الجذعية - أي تجدد نفسها - لأن إمداداتها ستنضب بسرعة كبيرة. هذا يتطلب أن تتواصل الخلايا المشاركة في نمو العضلات مع بعضها البعض.

يتم تنظيم نمو العضلات من خلال مسار إشارات الشق

قبل عامين ، أظهر فريق من الباحثين بقيادة البروفيسور كارمن بيرشماير ، رئيس مختبر علم الأحياء التنموي / نقل الإشارات في مركز ماكس ديلبروك للطب الجزيئي في برلين في جمعية هيلمهولتز (MDC) ، أن تطور الخلايا الجذعية في يتم تنظيم خلايا العضلات بمساعدة بروتينين ، Hes1 و MyoD ، يتم إنتاجهما في الخلايا السلفية بطريقة تذبذبية - أي ، هناك تقلبات دورية في عدد الخلايا المنتجة.

يشارك كلا البروتينين في مسار إشارات Notch ، وهي آلية واسعة الانتشار تستجيب بها الخلايا للمنبهات الخارجية وتتواصل مع الخلايا الأخرى. سُمي مسار الإشارة على اسم مستقبله "Notch" ، الذي يلتصق به الليجند "Delta" ، وهو بروتين سطح الخلية.

يلعب البروتين الثالث ، Delta-like1 ، دورًا مهمًا

"في دراستنا الحالية ، قدمنا ​​دليلًا لا لبس فيه على أن التذبذب في الأنسجة العضلية ليس مجرد ظاهرة غريبة للخلايا المعنية ، ولكن هذه التقلبات الإيقاعية في التعبير الجيني ضرورية في الواقع لتحويل الخلايا الجذعية إلى خلايا عضلية بشكل متوازن ومنضبط بطريقة "، كما يقول بيرشماير.

جنبًا إلى جنب مع باحثين من اليابان وفرنسا ، اكتشف بيرشماير وأربعة علماء آخرين في مركز الأبحاث الطبية أيضًا الدور الحاسم لبروتين ثالث يشكل ، جنبًا إلى جنب مع Hes1 و MyoD ، شبكة ديناميكية داخل الخلايا. كما تقارير الفريق في المجلة طبيعة الاتصالات، هذا البروتين هو Notch ligand Delta-like1 ، أو Dll1 للاختصار. يوضح بيرشماير: "يتم إنتاجه في الخلايا الجذعية للعضلات المنشطة بطريقة متقلبة بشكل دوري ، مع استمرار فترة التذبذب من ساعتين إلى ثلاث ساعات" ، مضيفًا: "عندما يعبر جزء من الخلايا الجذعية عن المزيد من Dll1 ، تكون الكمية الموجودة في الخلايا الأخرى في المقابل أقل. تحدد هذه الإشارات الإيقاعية ما إذا كانت الخلية الجذعية تصبح خلية جذعية جديدة أو تتطور إلى خلية عضلية ".

يحدد بروتين Hes1 وتيرة الخلايا الجذعية

في تجاربهم على الخلايا الجذعية المعزولة ، والألياف العضلية الفردية والفئران ، قامت بيرشماير وفريقها بمزيد من البحث في كيفية مشاركة بروتينات Hes1 و MyoD في نمو العضلات. "ببساطة ، يعمل Hes1 كجهاز تنظيم ضربات القلب التذبذب ، بينما يزيد MyoD من تعبير Dll1" ، كما يقول الدكتور Ines Lahmann ، العالم في مختبر بيرشماير والمؤلف الرئيسي للدراسة جنبًا إلى جنب مع Yao Zhang من نفس الفريق. يقول بيرشماير: "تم توضيح هذه النتائج ليس فقط في تحليلاتنا التجريبية ، ولكن أيضًا في النماذج الرياضية التي أنشأتها الأستاذة جانا وولف والدكتورة كاتارينا باوم في مركز الأبحاث الطبية".

قدمت التجارب على الفئران الطافرة الدليل القاطع

بمساعدة الفئران المعدلة وراثيًا ، حصل الباحثون على الدليل الأكثر أهمية على أن تذبذب Dll1 يلعب دورًا مهمًا في تنظيم تحول الخلايا الجذعية إلى خلايا عضلية. يشرح بيرشماير: "في هذه الحيوانات ، تسبب طفرة معينة في جين Dll1 في حدوث إنتاج البروتين مع تأخير زمني لبضع دقائق". "هذا يعطل الإنتاج التذبذب لـ Dll1 في مجتمعات الخلايا ، لكنه لا يغير الكمية الإجمالية للروابط."

"ومع ذلك ، فإن الطفرة لها عواقب وخيمة على الخلايا الجذعية ، مما يدفعها إلى التمايز المبكر إلى خلايا وألياف عضلية" ، وفقًا لتقرير تشانغ ، الذي أجرى جزءًا كبيرًا من التجارب. نتيجة لذلك ، كما يقول ، استُنفدت الخلايا الجذعية بسرعة كبيرة ، مما أدى ، من بين أمور أخرى ، إلى إصابة عضلة في الساقين الخلفيتين للفئران والتي تتجدد بشكل سيئ وتبقى أصغر مما كانت عليه قبل الإصابة. يقول تشانغ: "من الواضح تمامًا أن هذا الحد الأدنى من التغيير الجيني قادر على تعطيل الاتصال الناجح - في شكل تذبذب - بين الخلايا الجذعية".

هذه المعرفة يمكن أن تؤدي إلى علاجات أفضل لأمراض العضلات

ويخلص بيرشماير إلى أنه "فقط عندما يرتبط Dll1 بمستقبلات Notch بطريقة تذبذبية ، وبالتالي يبدأ بشكل دوري سلسلة الإشارات في الخلايا الجذعية ، يكون هناك توازن جيد بين التجديد الذاتي والتمايز في الخلايا". يأمل باحث MDC أن يساعد الفهم الأفضل لتجديد العضلات ونموها يومًا ما في إنشاء علاجات أكثر فعالية لإصابات العضلات وأمراضها.

# # #

مركز ماكس ديلبروك للطب الجزيئي (MDC)

تأسس مركز ماكس ديلبروك للطب الجزيئي في جمعية هيلمهولتز (MDC) في برلين في عام 1992. وقد تم تسميته على اسم الفيزيائي الألماني الأمريكي ماكس ديلبروك ، الحائز على جائزة نوبل عام 1969 في علم وظائف الأعضاء والطب. تتمثل مهمة MDC في دراسة الآليات الجزيئية من أجل فهم أصول المرض وبالتالي تكون قادرة على تشخيصه والوقاية منه ومكافحته بشكل أفضل وأكثر فعالية. في إطار هذه الجهود ، تتعاون MDC مع Charité - Universitätsmedizin Berlin ومعهد برلين للصحة (BIH) وكذلك مع شركاء وطنيين مثل المركز الألماني لأبحاث القلب والأوعية الدموية والعديد من المؤسسات البحثية الدولية. يعمل أكثر من 1,600 موظف وضيف من ما يقرب من 60 دولة في MDC ، أقل من 1,300 منهم بقليل في البحث العلمي. يتم تمويل MDC من قبل وزارة التعليم والبحث الفيدرالية الألمانية (90 بالمائة) وولاية برلين (10 بالمائة) ، وهي عضو في جمعية هيلمهولتز لمراكز الأبحاث الألمانية. http: // www.MDC برلين.de