اكتشف العلماء الذين يستكشفون عملية الشيخوخة البشرية منافسًا جديدًا، وهو بروتين لم تتم دراسته بشكل جيد في الهياكل الخلوية ولم يحظ بتغطية كبيرة على الرغم من كونه أحد العضيات الأولى التي تم اكتشافها منذ أكثر من قرن من الزمان.
جهاز جولجي، المعروف أيضًا باسم جهاز جولجي ومجمع جولجي، عبارة عن عضية غريبة المظهر، مثل ورقة العجين المطوية أو طبقات من طلاء السكر. لكنه يلعب دورًا مهمًا في الخلايا النباتية والحيوانية المعقدة، حيث يقوم بمعالجة وتعبئة البروتينات والدهون قبل نقلها إلى أجزاء أخرى من الخلية أو إفرازها.
وفي عام 1898، تفاجأ كاميلو جولجي، عالم الأحياء الإيطالي الذي كان يدرس الجهاز العصبي، باكتشاف هذه العضية. لذلك، عثر العلماء في جامعة كاليفورنيا، ريفرسايد (UCR) أيضًا على جانب خاص من هذه العضية أثناء دراسة الضغوطات النباتية - فهي تتمتع بإمكانات كبيرة في حماية عمر الخلية.
وقالت الكاتبة المشاركة في الدراسة كاتي ديهيش، الأستاذة في قسم الكيمياء الحيوية الجزيئية بجامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس: "بالنسبة لنا، هذا الاكتشاف ضخم". "لأول مرة، حددنا الأهمية العميقة لعضية في الخلية لم تكن متورطة من قبل في عملية الشيخوخة."
أثناء دراسة كيفية تحكم الخلايا النباتية في الأرابيدوبسيس (Arabidopsis thaliana) في الاستجابات للضغوطات مثل العدوى وعدم كفاية الضوء، اكتشف الباحثون أن جهاز جولجي والبروتين الرئيسي داخله يلعبان دورًا مهمًا في بقاء الخلية عند مواجهة الإجهاد الخارجي.
تساعد بروتينات جولجي قليلة القسيم (COG) المحفوظة جهاز جولجي على ربط السكريات (الكربوهيدرات) بالبروتينات والدهون الأخرى، ثم نقل هذه الحزم إلى بروتينات ودهون أخرى. تعد عملية الارتباط بالجليكوزيل أمرًا بالغ الأهمية للوظيفة الخلوية والعديد من العمليات البيولوجية، مثل طي البروتين ووظيفة الاستجابة المناعية التكيفية.
وقال المؤلف الرئيسي هيسونغ تشوي، الباحث في قسم علم النبات وعلوم النبات بجامعة كاليفورنيا: "إن جهاز جولجي يشبه مكتب بريد الخلية". "إنهم يحزمون ويرسلون البروتينات والدهون إلى حيث تكون هناك حاجة إليها. يمكن أن يؤدي تلف جهاز جولجي إلى حدوث فوضى ومتاعب في أنشطة الخلية، مما يؤثر على كيفية عمل الخلية وبقائها سليمة." وشبه الباحثون بروتينات COG بأنها ساعي البريد، حيث تشرف على حركة "أغلفة" الحويصلات التي تحمل جزيئات أخرى حول الخلية.
بالنسبة لـ COG، قام الباحثون بتصميم النباتات بحيث لا تتمكن من إنتاج البروتين بشكل طبيعي. وبينما تنمو هذه النباتات بشكل طبيعي في ظل الظروف المثالية، فإنها بمجرد أن تفقد الضوء، فإنها تتراجع بسرعة ولا تتمكن من تحويل ضوء الشمس إلى سكر. وفي الواقع، فإن النباتات التي لا تحتوي على COG تذبل، وتصفر، وتموت أسرع بثلاث مرات من العينات غير المعدلة تحت نفس الظروف المحرومة من الضوء.
وقال تشوي: "في الظلام، أظهرت طفرات COG علامات الشيخوخة التي تظهر عادة في النباتات البرية غير المعدلة في حوالي اليوم التاسع". "ولكن في المتحولين، ظهرت هذه العلامات في ثلاثة أيام فقط."
ومع ذلك، عند استعادة قدرة النباتات على إنتاج COG، اختفت أعراضها وأصبحت تشبه العينات "العادية". وقال دهيش: "بمجرد عكس الطفرات، يبدو الأمر وكأن شيئا لم يحدث".
تسلط هذه الاستجابات الضوء على الأهمية الحاسمة لبروتينات COG ووظيفة جولجي الطبيعية في إدارة الإجهاد.
ما علاقة هذا بنا؟ على الرغم من أن الخلايا النباتية تختلف بشكل واضح عن الخلايا الحيوانية، إلا أن هناك "مكتب بريد" جولجي في جميع خلايانا حقيقية النواة المعقدة.
لقد وجدت الدراسات السابقة أن الخلل الوظيفي في مجمع COG البشري، والذي يتكون من ثماني وحدات فرعية من بروتين COG، يمكن أن يؤثر بشدة على الوظائف البيولوجية الرئيسية مثل الارتباط بالجليكوزيل، وفرز البروتين، والتشغيل الشامل لجهاز جولجي. ويرتبط أيضًا خلل وظيفة جولجي جليكوزيل وخلل التنظيم بتكاثر الخلايا السرطانية وتطور المرض.
ويخطط الباحثون الآن لدراسة آثار تعطيل هذا المسار في الخلايا البشرية وارتباطاته المحتملة بآثار الشيخوخة والإجهاد. يمكن للعلاجات المستهدفة المحتملة أن تعزز الصحة الخلوية وتدافع ضد عوامل التوتر التي يمكن أن تؤدي إلى الشيخوخة المبكرة.
وقال دهيش: "إن دراستنا لا تحسن فهمنا لكيفية شيخوخة النباتات فحسب، بل توفر أيضًا أدلة مهمة حول الشيخوخة لدى البشر". "عندما لا يعمل مركب بروتين COG بشكل صحيح، فقد يتسبب في شيخوخة خلايانا بسرعة أكبر، كما نرى في النباتات. وقد يكون لهذا الإنجاز آثار عميقة على دراسة الشيخوخة والأمراض المرتبطة بالعمر."
ونُشر البحث في مجلة Nature Plants.