رابطه عجیب پروتئین‌ و پیر شدن سلول‌ها

پریسا عباسی: در تصویری که از نورون مغز یک بیمار مبتلا به آلزایمر گرفته شده، تجمعات غیر عادی پروتئین «تاو» به صورت کلاف‌هایی از الیاف در نزدیکی هسته سلول ظاهر می‌شوند. چنین تجمع‌هایی از علائم بیماری هستند، اما به نظر می‌رسد که تجمع پروتئین با افزایش سن در سرتاسر بدن اتفاق می‌افتد.

مغز سالخورده و پیر افراد مبتلا به آلزایمر، پارکینسون و دیگر بیماریهای تخریب کننده عصبی، مملو از توده‌های مشخصی از پروتئین در داخل و یا اطراف نورون‌ها است. اینکه این توده‌های پروتئین چطور ممکن است به نورون‌ها آسیب بزنند، هنوز مشخص نیست، اما وجود این توده‌های پروتئینی نشانه‌ بارزی از این شرایط هستند.

مطالعه‌ای که اخیرا توسط تیمی از محققان دانشگاه استنفورد انجام شده نشان می‌دهد که تجمع پروتئین ممکن است یک پدیده کلی در سلول‌های پیرشده باشند و می‌تواند نقش بیشتری نسبت به آنچه تصور می‌شد در بسیاری از بیماریهای پیری داشته باشند. این کشف ما را به سمت شیوه جدیدی از تفکر در مورد مشکلاتی که در سلول ها با افزایش سن رخ می دهد می‌برد.

این تحقیق همچنین نشان می‌دهد که تجمع پروتئین با مکانیسم‌های اساسی که به سلول‌ها اجازه می‌دهد تا فیزیولوژی خود را با دقت و ظرافت بالایی تنظیم کنند، پیوند محکمی دارند. زیست شناسان باید با دقت و احتمالا با بررسی مورد به مورد، این موضوع را ارزیابی کرده تا بفهمند آیا توده‌های پروتئینی برای سلول‌ها تهدید محسوب می‌شوند یا از آنها دفاع می‌کنند.

در این مطالعه یک نوع ماهی که عمر آن بسیار کوتاه است مورد بررسی قرار گرفت. این پژوهش نشان داد که احتمالا تجمع پروتئین در طول زمان باعث زوال تدریجی بسیاری از بافت‌ها می‌شود. همچنین این یافته‌ها اشاره به این دارند که چرا این تجمعات در مغز آشکارتر از سایر بافت‌های بدن هستند: شاید علت آن این باشد که مغز به سرعت تکامل یافته است.

سرنخ‌هایی از یک ماهی

ماهی کیلی‌فیش فیروزه‌ای آفریقایی(Killifish) در دریاچه‌های فصلی شرق آفریقا، که در فصول بارندگی شکل می‌گیرند، زندگی می‌کند. این ماهی زمانی که به پایان عمر کوتاه خود که بین ۴ تا ۶ ماه است نزدیک می‌شود، به تعدادی از بیماری‌های مرتبط با افزایش سن از جمله آب مروارید و تغییراتی در مغز که شبیه اختلالات عصبی مانند آلزایمر در انسان است، مبتلا می‌شود. طول عمر کوتاه این ماهی، که حتی از موش‌های آزمایشگاهی نیز کوتاه‌تر است، و سیر روند پیری طبیعی سریع، این ماهی را به مدلی ایده‌آل برای مطالعه پیری در مهره‌داران تبدیل کرده است.

داریو والنزانو، زیست‌شناس تکاملی می‌گوید: «نکته قابل توجه در مورد این ماهی این است که با افزایش سن، تنها تجمع پروتئین یا نارسایی قلبی یا اختلال عملکرد مغز رخ نمی‌دهد. بلکه در طول پیری تقریبا هر اندام و بافتی که به آن نگاه می‌کنیم، دچار تغییرات فاجعه باری می‌شود.»

تیم استنفورد تجزیه و تحلیل گسترده‌ای در مورد پروتئین‌های ماهی کیلی‌فیش در مراحل مختلف از جوانی تا بلوغ انجام دادند. در ماهی‌های پیر با نگاه به تمام بافت‌های سالخورده کشف کردند که در آنها تجمعات پروتئینی وجود داشت، این اندامها شامل نه تنها مغز، بلکه قلب، روده، کبد، عضلات، پوست و بیضه می‌شدند. در آزمایشهای بعدی بیش از نیمی از پروتئین‌های انباشته شده تمایل ذاتی به متراکم شدن را نشان می‌دادند.

اما اینکه دقیقا کدام پروتئین‌ها تجمع پیدا می‌کنند، از بافتی به بافت دیگر متفاوت است. بسیاری از پروتئین‌ها اساسا در یک سطح در چندین بافت وجود داشتند، و در عین اینکه در یک بافت جمع می‌شوند در سایر بافت‌ها اصلا انباشته نمی‌شوند.

اهمیت کنترل کیفیت

شواهد خوبی از مطالعه بر روی کرم ها و مگس ها وجود دارد که نشان می‌دهد اگر سیستمی که ثبات و پایداری پروتئین‌ها را حفظ می‌کند مختل شود، حیوانات سریع‌تر پیر می‌شوند. اگر مسیرهای کنترل کیفیت پروتئین از نظر ژنتیکی افزایش یابند، حیوانات عمر طولانی‌تری خواهند داشت. هیچ یک از اینها بیانگر این نیست که تراکم پروتئین باعث پیری می‌شود، اما بر این موضوع تاکید می‌کند که این دو ارتباط تنگاتنگی با هم دارند.

برای بررسی بیشتر رابطه بین تراکم پروتئین و پیری، محققان استنفورد، پروتئین‌های موجود در انواع ماهی کیلی‌فیش که به طور غیرعادی سریع پیر می‌شوند را با دقت بیشتری بررسی کردند. این ماهی‌ها در ژن آنزیم تلومراز خود دارای یک جهش هستند که طول کروموزوم‌های تقسیم شده را حفظ می‌کند. حیواناتی که دارای جهش تلومراز هستند معمولا به سرعت پیر می‌شوند.

جاروس گفت که او و همکارانش انتظار داشتند که در روده و سایر بافت‌هایی که به سرعت رشد می‌کنند و جایگزین می‌شوند، تراکم کمتری وجود داشته است: تقسیم سلولی اضافی به بافت‌هایی که به سرعت در حال رشد هستند فرصت بیشتری برای پاکسازی توده‌ها و بازسازی خودشان می‌دهد. اما عکس این مطلب اتفاق افتاد: بافت‌هایی که به سرعت رشد می کردند، پروتئین‌های متراکم‌تری داشتند و نسبت به بافت‌هایی که آهسته رشد می کردند، سریع‌تر پیر می‌شدند.

بنابراین دوباره مشکلات مربوط به کنترل سلول بر کیفیت پروتئین‌هایش ممکن است توضیح این مطلب باشد. اگر سلول‌ها کنترل خود بر فرآیندهایی که کیفیت پروتئین‌هایشان را حفظ می‌کنند از دست بدهند، با هر تقسیم سلولی آسیب بیشتری از تراکم‌ها ایجاد خواهد شد. بافت‌هایی که به سرعت رشد می‌کنند، چون شانس‌شان برای متراکم کردن آسیب بیشتر می‌شود، سریعتر پیر می‌شوند.

علت اینکه چرا گاهی پروتئین‌ها تجمع پیدا می‌کنند، پیچیده است. در کمال تعجب، بخشی از پاسخ این سوال به طور اساسی به یک مکانیسم ضروری به نام تراکم مرتبط است که سلول‌ها برای کنترل پروتئین‌های خود از آنها استفاده می‌کنند.