تخم ها چندین دهه بدون پیری زنده می مانند. اکنون، دانشمندان ممکن است دلیل آن را بدانند



مندر یک بازی تکاملی پرمخاطره، پستانداران ماده با تعداد محدودی از تخم‌های نابالغ متولد می‌شوند. تکثیر نسل‌های آینده به این ذخیره سلول‌های قبل از تخمک یا «تخمک‌های اولیه» بستگی دارد که زنده می‌مانند و از مولکول‌های مضر و جهش‌زا دور می‌مانند – گاهی برای دهه‌ها – تا بتوانند تخم‌های بالغی را تولید کنند که قادر به تولید سالم هستند. فرزندان

چنین شاهکاری باید غیرممکن باشد.

برای زنده ماندن سلول ها باید انرژی تولید کنند. اما میتوکندری ها، اندامک هایی که این کار را انجام می دهند، 100% کارآمد نیستند. آن‌ها الکترون‌هایی را نشت می‌کنند که توسط مولکول‌های تنها اکسیژن جذب می‌شوند و آن‌ها را به «رادیکال‌های آزاد» متلاشی‌کننده DNA و لیپید تبدیل می‌کنند. دانشمندان مدت‌هاست که متوجه شده‌اند که چگونه تخمک‌ها – بزرگترین سلول بدن انسان و غنی‌ترین سلول از نظر میتوکندری – در حفظ شرایط سلولی بکر تا 50 سال باقی می‌مانند.

تبلیغات

این سوالی بود که الوان بوک در سال 2017 هنگامی که آزمایشگاه بیولوژی تخمک و خواب سلولی را در مرکز تنظیم ژنومی در بارسلونا تأسیس کرد، به آن پاسخ داد. او و همکارانش پس از سال ها آزمایش های پرزحمت ترکیبی از تصویربرداری زنده و پروتئومیکس دریافتند که تخمک ها از آنها اجتناب می کنند. ساییدگی و پارگی انواع دیگر بافت ها با نادیده گرفتن یک واکنش متابولیکی اساسی که در هر سلول دیگر بدن انسان رخ می دهد، متحمل می شوند.

کار آنها که چهارشنبه در Nature منتشر شد، اولین باری است که دانشمندان سلول های حیوانی را با استفاده از یک مسیر متابولیک جایگزین که از تولید رادیکال های آزاد مخرب جلوگیری می کند، مشاهده کردند. محققان گفتند این کشف می تواند راه های جدیدی را برای درمان ناباروری و همچنین ارائه طرحی برای بهبود طول عمر انواع دیگر سلول های انسانی باز کند.

تبلیغات

کریستوفر هاین، محقق سالخورده در موسسه تحقیقاتی لرنر کلینیک کلیولند که در مطالعه جدید شرکت نداشت، گفت: «داده‌های بسیار قانع‌کننده‌ای است. “آنها توانسته اند به سوالاتی پاسخ دهند که مدت ها تصور می شد غیرقابل پاسخ هستند.”

ما تمایل داریم که پیری را به عنوان اتفاقی در نظر بگیریم که برای افراد در حوالی زمانی که ساعت شصتمین یا هفتادمین سفر خود به دور خورشید را انجام می دهند، اتفاق می افتد. اما اگر با اندام‌های تناسلی زنانه – تخمدان‌ها، لوله‌های فالوپ، رحم – متولد شده‌اید، پس از ورود به دهه سوم زندگی، این بافت‌ها شروع به پیری می‌کنند. در حدود 35 سالگی، تخمک ها به طور ناگهانی شروع به کاهش می کنند.

اینکه چگونه تخمک های اولیه به مدت سه دهه نهفته و بدون آسیب می مانند و چرا این سلول ها به طور ناگهانی پنج سال بعد شروع به زوال می کنند، سوالات کلیدی پیرامون ناباروری مرتبط با سن در زنان است. جان ایتکن، زیست شناس تولید مثل در دانشگاه نیوکاسل استرالیا می گوید: «این مقاله نور جدیدی را بر کل این فرآیند می اندازد.

در دهه 1980، آیتکن یکی از دلایل اصلی ناباروری مردان را کشف کرد – حمله رادیکال های آزاد به DNA اسپرم. گروه بوکه نشان داد که تخمک‌ها در طول زندگی اولیه خود، همانطور که بسیاری از دانشمندان معتقد بودند، در برابر رادیکال‌های آزاد محافظت نمی‌شوند، اما در عوض از تولید این مولکول‌های سمی در وهله اول با بازسازی دقیق متابولیسم خود اجتناب می‌کنند.

میتوکندری با گرفتن الکترون و استفاده از آنها برای ساختن سوخت سلولی به نام ATP، از طریق فرآیندی به نام فسفوریلاسیون اکسیداتیو، سلول را نیرو می دهد. این یکباره اتفاق نمی افتد، بلکه در یک سری مراحل مرتبط شامل پنج کمپلکس پروتئینی است. کمپلکس I بزرگترین این ماشین‌های مولکولی است که الکترون‌ها را می‌پذیرد.

بوکه از طریق ایمیل به STAT گفت: “این به عنوان دروازه بان این فرآیند در نظر گرفته می شود.” بنابراین او با تعجب متوجه شد که در مطالعات روی تخمک های انسان و قورباغه، ژن های میتوکندریایی که Complex I را تولید می کنند، خاموش شده اند. تنها یک موجود چند سلولی دیگر شناخته شده است که می تواند بدون آن وجود داشته باشد – دارواش انگلی.

با نادیده گرفتن کمپلکس I، تخمک‌های اولیه می‌توانند یک حالت انرژی فوق‌العاده کم، مانند حالت آماده به کار، حفظ کنند، در حالی که منبع اصلی نشت الکترون را از بین ببرند و در نتیجه آسیب رادیکال‌های آزاد را از بین ببرند.

یوهان اوورکس، زیست شناس مولکولی که متابولیسم و ​​پیری را در École Polytechnique Fédérale در سوئیس مطالعه می کند، می گوید: «حفاظت های ساخته شده در اینجا از بسیاری از سیستم های دیگر، مانند قلب یا کبد، قوی تر هستند، که گواهی بر اهمیت حفظ تولید مثل است. اووسیت‌های عملکردی عالی اجازه تولید مثل را می‌دهند که مهم‌ترین عمل وجودی ما از دیدگاه تکاملی است، زیرا امکان ادامه گونه را فراهم می‌کند.

با این حال، معامله این است که این استراتژی فقط برای حدود 35 سال در انسان قابل اجرا است. اما اکنون که دریچه ای به آنچه که به صورت مکانیکی اتفاق می افتد دارند، بوک گفت که پزشکان باروری می توانند آزمایش سطوح زیر واحدهای کمپلکس I را در تخمک زنان مبتلا به ناباروری غیرقابل توضیح آغاز کنند تا ببینند آیا خروج زودهنگام از این حالت ساکت باعث ایجاد مشکل می شود یا خیر. این کشف همچنین راه به سوی درمان های ممکن را نشان می دهد.

هاین می گوید: «اگر مهار کمپلکس I چیزی است که این تخمک ها را به ایمن ماندن در حالت ساکن سوق می دهد، پس مداخلاتی که فعالیت کمپلکس I را مهار می کند ممکن است به افزایش طول عمر باروری کمک کند.

یکی از نمونه های دارویی که کمپلکس I را هدف قرار می دهد متفورمین است. متفورمین که در دهه 1990 برای درمان دیابت تایید شد و از آن زمان برای میلیون ها نفر در سراسر جهان تجویز شد، مدت هاست که با طول عمر طولانی تر و سالم تر مرتبط است. محققان با مقایسه سلامت افرادی که از این دارو استفاده می کنند با افرادی که سایر داروهای دیابت مصرف می کنند، دریافتند که مصرف کنندگان متفورمین کمتر به سرطان مبتلا می شوند، کمتر از زوال عقل ناشی از افزایش سن رنج می برند و به طور کلی، فقط عمر طولانی تری دارند.

این جدیدترین تحقیق نشان می‌دهد که جستجو در مجموعه داده‌های اپیدمیولوژیک ممکن است ارزش داشته باشد تا ببینیم آیا زنان دیابتی که متفورمین مصرف می‌کنند، ذخایر تخمدان خود را در مقایسه با آنهایی که داروهای دیگر مصرف می‌کنند یا اصلاً هیچ دارویی مصرف نمی‌کنند، بهبود بخشیده‌اند. مطالعات روی موش ها همچنین نشان داده است که متفورمین می تواند پیری تخمدان را به تاخیر بیندازد.

این جدیدترین تحقیق همچنین پتانسیل نادیده گرفته شده مطالعه اندام های تولید مثل مانند تخمدان ها و تخمک ها را به عنوان سیستم های مدل برای پیری برجسته می کند.

Auwerx می‌گوید: «اگر بتوانیم تعیین کنیم که چگونه این ژن‌ها به طور انتخابی در تخمک خاموش می‌شوند، ممکن است کاربردهایی برای این دانش در سایر انواع سلول‌ها وجود داشته باشد. “این یک وظیفه بزرگ برای آینده است، با پیامدهای بالینی طولانی.”

در حالی که دانشمندان برای دهه‌ها تلاش می‌کردند فرآیندهای بیولوژیکی را که زیربنای پیری است، کشف کنند، بیشتر دلارهای تحقیقاتی فدرال برای درک بیماری‌هایی مانند بیماری آلزایمر صرف شده‌اند. در مقابل، پیری باروری مدت‌هاست که یک مشکل آکادمیک بوده است. اخیراً، زمانی که آژانس‌های بهداشت عمومی یک تیک صعودی را در میانگین سنی که آمریکایی‌ها شروع به بچه‌دار شدن می‌کنند – از 21 سالگی در سال 1970 تا 27 سالگی در سال 2014 – ردیابی کرده‌اند، محققان شروع به علاقه‌مندی کرده‌اند.

هاین گفت: «این یک تغییر اجتماعی شدید در یک دوره زمانی کوتاه است. بنابراین ما باید به عقب برسیم و منابع بیشتری را در این زمینه اختصاص دهیم. برای مدت طولانی مورد غفلت قرار گرفته است.»