طفرة واحدة صغيرة يمكن أن تعطل نمو الدماغ مدى الحياة

يمكن لخلل مجهري في السقالات الخلوية للدماغ أن يشكل حجم الدماغ مدى الحياة.

لماذا يصاب بعض الأطفال بدماغ أصغر من المتوقع (صغر الرأس)؟ فريق دولي من العلماء من مركز الرئيسيات الألماني – معهد لايبنيز لأبحاث الرئيسيات (DPZ)، وكلية هانوفر الطبية (MHH)، ومعهد ماكس بلانك للأبحاث. الخلية الجزيئية قام علم الأحياء وعلم الوراثة بالتحقيق في هذا السؤال باستخدام عضويات الدماغ البشري. سمحت هذه النماذج المزروعة في المختبر للباحثين بدراسة كيف يمكن للتغيرات في البروتينات الهيكلية الأساسية داخل الخلايا أن طريق مسدود نمو الدماغ المبكر وتؤدي إلى هذه الحالة الخطيرة (تقارير EMBO).

ووجد الباحثون أن الطفرات في جينات الأكتين تتداخل مع كيفية انقسام الخلايا السلفية في الدماغ في وقت مبكر. عندما لا تنقسم هذه الخلايا بشكل صحيح، يتم إنتاج عدد أقل منها. يحد هذا النقص من نمو الدماغ بشكل عام وينتج عنه دماغ أصغر. تقول إندرا نيهاوس، المؤلفة الأولى للدراسة والباحثة المشاركة في كلية الطب في هانوفر: “تقدم النتائج التي توصلنا إليها أول تفسير خلوي لصغر الرأس لدى الأشخاص الذين يعانون من متلازمة بارايتسر-وينتر النادرة”.

كيف يؤثر نظام الدعم الداخلي للخلية على نمو الدماغ

الأكتين هو أحد المكونات الأساسية للهيكل الخلوي، والذي يعمل بمثابة الإطار الداخلي الذي يمنح الخلايا بنية ويساعد على تحريك المواد داخلها. يحمل الأشخاص المصابون بمتلازمة بارايتسر-وينتر طفرة في أحد جينات الأكتين الرئيسية. ولدراسة آثار هذه الطفرات، قام العلماء بإعادة برمجة خلايا الجلد من المرضى المصابين إلى خلايا جذعية مستحثة متعددة القدرات. ثم تم استخدام هذه الخلايا لتنمية عضويات دماغية ثلاثية الأبعاد تعيد إنتاج المراحل الحرجة من نمو الدماغ البشري المبكر.

وكانت الاختلافات بين الأعضاء المشتقة من المريض وتلك من المتبرعين الأصحاء واضحة بعد ثلاثين يومًا. وكانت العضيات التي تحمل طفرة الأكتين أصغر بنسبة 25% تقريبًا. وكانت المناطق الشبيهة بالبطين داخل العضويات، التي تؤوي الخلايا السلفية وتؤدي إلى ظهور الخلايا العصبية المبكرة، أصغر بكثير أيضًا.

انخفاض في خلايا بناء الدماغ الرئيسية

عندما قام الفريق بتحليل أنواع الخلايا الموجودة داخل العضيات، لاحظوا تحولا واضحا في مجموعات الخلايا. وكانت الخلايا السلفية القمية، التي تلعب دورًا مركزيًا في تكوين القشرة الدماغية، موجودة بأعداد أقل بكثير. وفي الوقت نفسه، زادت الخلايا السلفية القاعدية. يتم إنتاج هذه الخلايا عادة في وقت لاحق من التطور، مما يشير إلى أن الجدول الزمني التطوري الطبيعي قد طريق مسدود.

وأشار هذا الخلل إلى مشاكل في كيفية انقسام الخلايا السلفية وتجديد نفسها.

عندما يتغير اتجاه تقسيم الخلية

وباستخدام المجهر عالي الدقة، فحص الباحثون عن كثب كيفية انقسام الخلايا السلفية القمية. في الظروف الطبيعية، تنقسم هذه الخلايا بشكل رئيسي بزوايا قائمة لمنطقة البطين. يسمح هذا الاتجاه بتوزيع المكونات الخلوية بالتساوي وينتج خليتين سلفيتين قميتين جديدتين.

وفي الكائنات العضوية ذات طفرات الأكتين، تم تغيير هذه العملية. أصبحت الانقسامات العمودية أقل شيوعًا، في حين حدثت الانقسامات الأفقية والزاوية بشكل متكرر. وبسبب هذا التحول، كانت الخلايا السلفية القمية أقل عرضة لتجديد نفسها. انفصل العديد منها عن المنطقة البطينية وبدلاً من ذلك أصبحت خلايا سلفية قاعدية.

يقول مايكل هايد، قائد المجموعة في مركز الرئيسيات الألماني والمؤلف الأخير للدراسة: “تظهر تحليلاتنا بوضوح شديد أن التغيير في اتجاه انقسام الخلايا السلفية هو السبب الحاسم لانخفاض حجم الدماغ”. “إن تغييرًا واحدًا في الهيكل الخلوي يكفي لتعطيل مسار نمو الدماغ المبكر.”

تغييرات هيكلية صغيرة ذات تأثيرات كبيرة

كشف المجهر الإلكتروني عن تشوهات إضافية على سطح البطين. وكانت أشكال الخلايا غير متساوية، وظهرت نتوءات إضافية بين الخلايا المجاورة. ووجد الباحثون أيضًا مستويات عالية بشكل غير عادي من التوبولين عند تقاطعات الخلايا. توبولين هو بروتين هيكلي خلوي آخر يلعب دورًا مهمًا في انقسام الخلايا.

وعلى الرغم من أن البنية العامة للخلايا ظلت سليمة، إلا أن هذه التغييرات الطفيفة قد تكون كافية للتدخل بشكل دائم في كيفية توجيه الخلايا لنفسها أثناء الانقسام.

تأكيد السبب الوراثي

وللتأكد من أن الاختلافات المرصودة لم تكن ناجمة عن عوامل وراثية غير ذات صلة، أجرى الفريق تجربة تحكم رئيسية. وباستخدام كريسبر/كاس9، أدخلوا نفس طفرة الأكتين الموجودة في مرضى متلازمة بارايتسر-وينتر إلى خط خلايا جذعية سليمة. وقد طورت العضيات الدماغية المزروعة من هذه الخلايا المعدلة نفس العيوب التي شوهدت في العضيات المشتقة من المريض، مما يؤكد أن الطفرة نفسها هي المسؤولة.

ماذا تعني النتائج بالنسبة للطب

تقدم النتائج نظرة جديدة حول كيف يمكن أن تؤدي الطفرات الجينية النادرة إلى تشوهات دماغية معقدة وتوضح قوة عضويات الدماغ في أبحاث الطب الحيوي. يقول مايكل هايد: “تساعدنا النتائج التي توصلنا إليها على فهم كيف تؤدي الاضطرابات الوراثية النادرة إلى تشوهات دماغية معقدة، وتسلط الضوء على إمكانات عضويات الدماغ في أبحاث الطب الحيوي”.

تقول ناتاليا دي دوناتو، مديرة معهد علم الوراثة البشرية في كلية الطب في هانوفر: “تكمن الإمكانات العلاجية لهذه الدراسة في التشخيص، حيث تساعد بياناتنا على تصنيف النتائج الجينية لدى المرضى بشكل أفضل. وبما أن المرض يؤثر على عمليات نمو الجنين المبكر، فإن التدخلات على البشر ستكون معقدة. ومع ذلك، فإن الأدوية الجديدة التي تؤثر على التفاعل بين الأكتين والأنيبيبات الدقيقة يمكن أن تفتح مقاربات جديدة على المدى الطويل”.

المرجع: “العضويات الدماغية التي تعبر عن جينات الأكتين الطافرة تكشف عن الآلية الخلوية الكامنة وراء صغر الرأس” بقلم إندرا نيهاوس، ميكايلا ويلش-براونينغر، فيليبي مورا-بيرموديز، فابيان روست، ميهايلا بوبيك-راسونيا، فيلينا رادوسيفيتش، ماريا ميلكوفيتش-بيريسا، بولين ويمبرجر، مارياسافينا سيفيرينو، ألكسندرا هاس، أولريش مارتن، كارولينا كوينزيل، كاومي جوان، كاترين نيومان، نورين ووكر، إيفلين شروك، ناتاسا جوفانوف ميلوسيفيتش، فيلاند بي هوتنر، ناتاليا دي دوناتو ومايكل هايد، 10 ديسمبر 2025، تقارير إمبو.
دوى: 10.1038/s44319-025-00647-7

لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل و أخبار جوجل.