چرا جانوران فقط یک سر دارند؟
مجله علمی ایلیاد - مار آبیِ ساکن آب‌های شیرین که اغلب نامیرا تصور می‌شود، می‌تواند هر بخشی از بدنش را دوباره تولید کند؛ صفتی که طبیعت‌گرای اهل ژنو «آبراهام ترمبلی» حدود ۳۰۰ سال پیش کشف کرد. هر بخشی از بدن مار آبی که حاوی هزاران سلول باشد، می‌تواند کل این حیوان را احیاء کند. هر پُلیپ یک سانتی‌متری دارای یک مرکز سازمان‌دهنده‌ی تکاملی است که در قسمت سر قرار گرفته و دیگری در پا قرار دارد. سازمان‌دهنده‌ی سر، دو فعالیت متضاد را انجام می‌دهد؛ فعال‌سازی که باعث می‌شود سر حیوان با بقیه‌ی اندام‌های بدن متمایز شود و عاملی که از تشکیل سرهای اضافی جلوگیری می‌کند.
محققان در دانشگاه ژنو «UNIGE» سوئیس، هویت مهارکننده‌ی یا همان پروتئینی به‌نام «Sp5» را کشف کردند و دیالوگ بین این دو فعالیت متخاصم را رمزگشایی کردند. این فعالیت‌ها یک بدن تک سر را حفظ کرده و یک واکنش احیاءکننده‌ی مناسب را سازماندهی می‌کنند. مطالعه‌ی آن‌ها که در مجله‌ی Nature Communication منتشر شده، گزارش می‌دهد که این مکانیزم در سراسر تکامل حفظ شده است، هم در مار آبی و هم در انسان‌ها. بنابراین، Sp5 می‌تواند داوطلبی عالی به‌عنوان مهارکننده‌ی تومورهای انسان باشد که در آن، مسیرِ فعال‌کننده‌ی تکثیر است.
«بریجیت گالیوت» استاد گروه ژنتیک و تکامل دانشکده‌ی علوم UNIGE، می‌گوید: «احیاء سر به تبدیل ریشه به بافتی به‌نام مرکز سازماندهی سر تکیه می‌کند که دارای خواص تکاملی است و همانند یک معمار، ساخت سر دوم را مدیریت می‌کند.» سازماندهی کننده‌ی سر دو فعالیت متضاد را انجام می‌دهد، یکی سازماندهی و دیگری مهار. اولین فعالیت باعث تمایزِ سلول‌های ریشه به سلول‌های تخصصی سر می‌شود. فعال‌کننده یک فاکتور رشد به‌نام «Wnt3» است که فعالیتش باعث آغاز یک برنامه‌ی تمایز سلول سه‌بُعدی می‌شود که ساخت سر را مدیریت می‌کند. از این رو، در غیاب Wnt3، برنامه‌ی احیاء سر قابل اجرا نیست. فعالیت مهاری که تحت کنترل فعال‌کننده تولید شد، از تشکیل سرهای اضافی جلوگیری می‌کند. دانشمندی زیست‌شناس گفت: «این دو فعالیت متخاصم یک دیالوگ را بین آن‌ها به‌وجود می‌آورد، اما ما هویت مهارکننده یا ماهیت این دیالوگ را نمی‌دانیم.»
زیست‌شناسان با استفاده از نتایج مطالعه‌ای که یک گروه آلمانی بر روی کرم پهن مسطح، انجام داد یک استراتژی غربالگری ژن را برای شناسایی این مهارکننده توسعه دادند. «ماتیاس وگ» محقق گروه ژنتیک و تکامل دانشکده‌ی علوم UNIGE و اولین نویسنده‌ی مطالعه، گفت: «ما از ۱۲۴ داوطلبی که معیارهای تخصصی را رعایت کردند، شروع کردیم تا به نتیجه‌ای برسیم که دارای تمام معیارها باشد. این یک ژن است که پروتئینی به‌نام «Sp5» را کدگذاری می‌کند.» سپس دانشمندان ثابت کردند که Sp5 به منطقه‌ی تنظیمی ژنی که Wnt3 را کدگذاری می‌کند، می‌چسبد، بیان آن را مسدود می‌کند و در نتیجه سر را تشکیل می‌دهد.
دیالوگ بین مسیر فعال‌کننده و مهارکننده چگونه عمل می‌کند؟ بریجیت گالیوت گفت: «ما بیان ژن‌هایی که Wnt3 و Sp5 را در بخش‌های مختلف بدنِ مار آبیِ سالم یا دارای قطع عضو اندازه‌گیری کردند و کشف کردند که یک حلقه‌ی تنظیمی بین این دو فعالیت بر اساس مکان و مقدار هر ژنِ بیان شده، ایجاد می‌شود.» از این رو، در حیوانات سالم، فاکتور رشد Wnt3 عمدتاً در نوک سر قرار دارد، در حالی که Sp5 غالباً در محل پیرامون فعال است تا از ظهور سرهای دیگر جلوگیری کند.
وقتی محققان بیان Sp5 را مسدود می‌کنند، پُلیپ‌های مار آبی، سرهای متعددی را توسعه میدهند که همگی کاربردی هستند. ماتیاس وگ توضیح می‌دهد: «همچنین نتایج پُلیپ‌های مار آبی که سلول‌هایش کاملاً از یکدیگر جدا شدند را تکرار کردیم و سپس آن‌ها را دوباره فشرده کرده و در کِشت رها کردیم؛ مار آبی چندسر ظرف چهار تا پنج روز مجدداً رشد کرد.
در انسان‌ها، مسیر سیگنال‌دهی سلول که توسط Wnt3 فعال شده در حین رشد و تکامل جنینی و همچنین در انواع مختلفی از تومورها در بزرگسالان غالباً فعال است. اگر اثر مهارکننده‌ی Sp5 در گونه‌های ما تایید شود، این پروتئین می‌تواند یک درمان داوطلب برای سلول‌های سرطانی که از مسیر Wnt3 برای تکثیر استفاده می‌کنند، باشد.
نوشته: Nature Communications
ترجمه: سحر الله‌وردی – مجله علمی ایلیاد
ترجمه: سحر الله‌وردی – مجله علمی ایلیاد