معلومات عامة

الجينات في الدماغ

الجينات في الدماغ : كيف يمكن للتوائم المتطابقة ، التي نشأت بنفس الطريقة ، أن يكون لها شخصيات مختلفة؟ شظايا الحمض النووي التي تتحرك في جينوم الخلايا العصبية تفسر ذلك جزئيًا.

لا يوجد دماغان متماثلان تمامًا. تظهر الاختلافات ، من الخلية إلى البنية العيانية: يحتوي الدماغ البشري على 100 مليار خلية عصبية ، والتي تأتي في آلاف الأنواع المتميزة ؛ بالإضافة إلى ذلك ، هناك أكثر من 100،000 مليار اتصال بين هذه الخلايا العصبية. هذه الاختلافات تعزز التنوع في التفكير والسلوك ، وتؤثر على القابلية للإصابة بالأمراض العقلية.

جدول المحتويات

من أين يأتي تنوع الشبكات العصبية ووظائف الدماغ؟ 

من أين يأتي تنوع الشبكات العصبية ووظائف الدماغ؟ وينتج جزئياً عن التراث الجيني. تلعب التجارب الحية أيضًا دورًا ، على سبيل المثال من خلال التأثير على شدة الروابط بين مجموعات معينة من الخلايا العصبية. ومع ذلك ، يمكن أن يكون للتوائم المتطابقة ، التي نشأها نفس الوالدين ، اختلافات ملحوظة في الشخصية والسلوك وقابلية الإصابة بأمراض الدماغ. وبالتالي ، فإن الفئران المتشابهة وراثيًا ، ذات العمر والجنس المتطابقين والتي عولجت بنفس الطريقة في المختبر ، ليس لديها نفس قدرات التعلم ولا نفس ردود الفعل على تجنب الإجهاد والاستجابة له.

ولذلك فإن عوامل مختلفة من الوراثة والبيئة تعمل. عرضة للتدخل في مرحلة مبكرة من التطور الجنيني أو في وقت لاحق من الحياة ، فإنها تعدل ، على سبيل المثال ، الجينات أو إنتاج البروتينات. وهكذا ، أثناء التضفير البديل ، يتم “قطع” الرنا الناتج عن نسخ الجين بطرق مختلفة ، بحيث يمكن للجين نفسه تشفير بروتينين مختلفين ، أو حتى أكثر. نظرًا لأن البروتينات تقوم بمعظم العمل في الخلايا ، فإن هذا يؤثر على كيفية عمل الأنسجة. يدرس العديد من الباحثين أيضًا دور التعديلات اللاجينية التي تغير نشاط الجينات (عن طريق زيادة أو تقليل كمية البروتينات المركبة) دون تغيير الشفرة الجينية.

إقرأ أيضا:معدلات المزاج

الجينات في الدماغ : في السنوات الأخيرة

في السنوات الأخيرة ، اكتشفنا نحن وزملاؤنا بعض المشتبه بهم المذهلين ، الذين يبدو أنهم أكثر نشاطًا في الدماغ مقارنة بالأنسجة الأخرى: الجينات القافزة ، والتي تسمى أيضًا العناصر المتحركة. تم تحديدها في جميع الأنواع تقريبًا ، بما في ذلك البشر ، فهي قادرة على تكرار نفسها وإدخال نفسها في مناطق مختلفة من الجينوم. وبالتالي يمكنهم تغيير أداء الخلية التي لم تعد تتصرف مثل جيرانها. بأعداد كبيرة ، من المحتمل أن تؤدي هذه القفزات الجينية إلى تعديل جوانب معينة من عمل الدماغ.

ومع ذلك ، يجب ألا يخطئ الدماغ. فلماذا سمح التطور باستمرار عملية تغير برمجتها الجينية؟ على الرغم من أننا لا نملك إجابة على هذا السؤال ، إلا أننا نعتقد أنه من خلال خلق التباين في خلايا الدماغ ، فإن القفز على الجينات يجعل الكائنات الحية أكثر مرونة وقدرة على التكيف بشكل أسرع مع البيئة الجديدة. لذلك كان من الممكن أن يحافظ التطور على هذه الجينات القافزة ، لأن الفوائد ستفوق المخاطر.

إذا كنا نعلم منذ فترة طويلة أن العناصر المتحركة تتحرك في الجينوم ، فإننا نكتشف أكثر قليلاً أهمية نشاطها في الدماغ كل يوم. تم اكتشاف تخطي الجينات لأول مرة في النباتات ، حتى قبل أن يصف جيمس واتسون وفرانسيس كريك البنية الحلزونية المزدوجة للحمض النووي.في عام 1953. في الأربعينيات من القرن الماضي ، لاحظت باربرا مكلينتوك من مختبر كولد سبرينج هاربور أن العناصر التي تتحكم في التعبير الجيني تنتقل من مكان إلى آخر في جينوم الذرة. تحت الضغط ، تهاجر مناطق معينة من الجينوم وتنشط أو تعطل الجينات بالقرب من موقعها الجديد. في تجاربه ، أنتج مكلينتوك أكواز ذرة بنواة ملونة مختلفة. وهكذا ابتكرت الفسيفساء الجينية ، حيث يتم تنشيط الجينات وتعطيلها وفقًا لأنماط مختلفة أحيانًا من خلية إلى الخلية المجاورة.

إقرأ أيضا:فوائد سمك القاروص

فسيفساء وراثية

فاز بحث مكلينتوك ، الذي واجه شكوكًا في المجتمع العلمي لأول مرة ، بجائزة نوبل في عام 1983. تدريجيًا ، أصبح واضحًا أن ظاهرة الفسيفساء الجينية لا تقتصر على النباتات ، ولكنها تهم العديد من الكائنات الحية ، بما في ذلك البشر.

درست مكلينتوك الينقولات ، وهي عناصر متحركة تتحرك عبر جينوم الخلية بآلية “القص واللصق”: فهي تستخرج نفسها من الحمض النووي المحيط بها ، ثم تدخل نفسها في مكان جديد. تتضمن الأبحاث الحديثة حول الأجزاء المتحركة من الدماغ الينقولات العكسية ، والتي تعمل بشكل أكبر عن طريق النسخ واللصق: فهي تتكاثر بدلاً من استخراج نفسها من الحمض النووي ، والنسخة هي التي تتحرك.

الجينات في الدماغ : ما يقرب من 25000 جينة تشفر البروتينات تشكل أقل من 2٪ من حمضنا النووي 

تمثل Retrotransposons نصف الحمض النووي للجينوم البشري. وبالمقارنة ، فإن ما يقرب من 25000 جينة تشفر البروتينات تشكل أقل من 2٪ من حمضنا النووي . الجينات القافزة هي من نسل أنظمة النسخ الجزيئي الأولى ، التي غزت جينومات حقيقيات النوى (الكائنات الحية التي تحتوي خلاياها على نواة). كان يُعتقد منذ فترة طويلة أنها حمض نووي لا يعمل ، ولكن في عام 1988 أظهرت مجموعة بقيادة هيج كازازيان من جامعة بنسلفانيا أنها نشطة في البشر.

إقرأ أيضا:ما معنى سن اليأس؟

على وجه الخصوص، وهو نوع من retrotransposon يدعى خط 1 أو في 1 (لونغ يتخلل العنصر النووية أو طويل نشر العنصر النووي) يلعب دورا رئيسيا في الجينوم البشري. يتحرك سو

الرياح ، ربما لأنها ، على عكس الأجزاء المتحركة الأخرى ، تشفر آلية القفز الخاصة بها ؛ يسمح لها بإدخال نسخ في أماكن بعيدة عن جينوم الخلية. العنصر ل 1 وكتب لأول مرة في حبلا من RNA ، الذي يمر من النواة إلى السيتوبلازم، حيث أنه بمثابة نموذج لإنتاج البروتين. ثم تشكل معقدًا جزيئيًا مع الحمض النووي الريبي ، ثم يعود الكل إلى النواة ، إلى موقع جديد.

البروتينات

هناك ، أحد هذه البروتينات ، وهو إنزيم يسمى نوكلياز داخلي ، يقطع الحمض النووي في مواقع محددة. ويستخدم ARN كقالب لعمل نسخة من حبلا مزدوج DNA retrotransposon و 1. وأخيرا، فإنه إدراج هذه النسخة في الجينوم في موقع استراحة. مثل هذا النسخ العكسي ، من RNA إلى DNA ، ليس نادرًا: يستخدم فيروس HIV ، المكون من RNA ، هذه الآلية لتحويل RNA الخاص به إلى DNA ، مما يسمح له بالاندماج بشكل دائم في جينوم الخلايا التي يصيبها.

غالبًا ما يفشل النقل العكسي على طول الطريق ، مما ينتج عنه نسخ مقطوعة من الحمض النووي الأصلي. ما هي عواقب إدراج جزء أو نسخة كاملة من العنصر L 1؟ أحيانًا لا يحدث شيء ، وأحيانًا تكون الآثار إيجابية ، وأحيانًا تكون ضارة. في بعض الحالات ، على سبيل المثال ، تُدرج العناصر المتنقلة في منطقة الترميز للجين وتعديلها. يتم ترميز بروتين جديد – يحتمل أن يكون مفيدًا أو ضارًا – بواسطة هذا الجين. يمكن أن يؤدي الإدراج أيضًا إلى إيقاف تخليق البروتين. في حالات أخرى ، الحمض النووييتناسب مع منطقة غير مشفرة ، ولكنه يعمل كمحفز (“تبديل” ينشط الجينات القريبة): يعدل مستوى التعبير عن الجين (كمية البروتينات المنتجة من الجين). مرة أخرى ، قد تكون النتائج مواتية للخلية أو الكائن الحي وقد لا تكون كذلك.

حتى وقت قريب ، افترض معظم الباحثين أن النقل الرجعي .للعناصر ل1 ظهر بشكل رئيسي في الخلايا الجرثومية (التي تتكون منها البويضات والحيوانات المنوية) والمبيضين والخصيتين. كانت .هناك بعض الأدلة التي تشير إلى أنه كان متورطًا أيضًا في الأنسجة الجسدية (الأنسجة التي لا تتكون من خلايا جرثومية) أثناء التطور. الجنيني وحتى في وقت لاحق ، ولكن تم دحضها. بدا الموقع المحدد للانتقال الرجعي في الخلايا الجرثومية منطقيًا: إذا كانت الجينات .تهدف إلى الانتشار ، كما تدعي نظرية التطور ، فإن تخطي الجينات ليس له سبب وجيه للبقاء نشطًا في الخلايا الجسدية ، لأنها تختفي في نفس الوقت الذي يرتديها الفرد.

الجينات في الدماغ : الينقولات العكسية نشطة للغاية في الدماغ

ومع ذلك ، فإن أدوات الكشف الأفضل جعلت من الممكن دحض هذه الفرضية. وكشفوا أن الينقولات العكسية تتحرك أيضًا عبر جينوم الأنسجة الجسدية ، حتى بعد التطور الجنيني. في مختبرنا في معهد سالك للدراسات البيولوجية في لا جولا بكاليفورنيا ، درسنا النقل الرجعي في فأر. تم هندستها وراثيا لخلاياه تنبعث من مضان أخضر عندما يكون عنصر و كان جزء 1 من الجينوم، بغض النظر عن مكان في الجسم. لاحظنا توهجًا في الخلايا الجرثومية ، كما هو متوقع ، ولكن أيضًا في أجزاء من الدماغ ، بما في ذلك الحُصين (منطقة مهمة للذاكرة والانتباه). العناصر لوبالتالي ، فإن 1 من شأنه أن يسافر في الدماغ أكثر من الأنسجة الجسدية الأخرى. وهذا يتناقض مع عقيدة قديمة ، مفادها أن الشفرات الجينية لخلايا الدماغ لدى البالغين هي نفسها ومستقرة طوال حياة الخلايا.

التحويل الرجعي

لقد لوحظ أن عمليات التحويل الرجعي تحدث في ما يسمى بالخلايا السلفية: هذه الخلايا في وضع الاستعداد ، وجاهزة للانقسام وتوليد خلايا متخصصة (هنا الخلايا العصبية الحصينية الجديدة) ؛ يتم تشغيل انقسامها بواسطة إشارة تنشيط ، تنبعث على سبيل المثال بعد موت خلايا معينة – والتي يتم استبدالها بعد ذلك. تؤوي العديد من الأنسجة مجموعات من الخلايا السلفية. يعد الحصين أحد مناطق الدماغ حيث يتم تكوين الخلايا العصبية (إنتاج الخلايا العصبية الجديدة). وهكذا ، فإن العناصر S 1 تكون نشطة عندما تولد الخلايا العصبية إما في مرحلة مبكرة من التطور ، أو في بعض مناطق الدماغ حيث يستمر تكوين الخلايا العصبية في مرحلة البلوغ.

للتأكد من أن الينقولات العكسية أكثر نشاطًا في الدماغ من أي مكان آخر ، أجرينا تحليلات ما بعد الوفاة على البشر. أحصينا عدد من ل 1 العناصر الموجودة في نواة الخلية من الدماغ والقلب .وأنسجة الكبد، ووجد أنه أعلى من ذلك بكثير في أنسجة المخ مما كانت عليه في الأخريين.

الجينات في الدماغ : الجين يقفز بالآلاف

يجب أن تحدث معظم التحويلات العكسية أثناء نمو الدماغ. وذلك لأن التحويل الرجعي يبدو أنه يتطلب انقسامات خلوية – لم يتم ملاحظته مطلقًا في الخلايا غير المنقسمة. ومع ذلك ، في الدماغ ، تتوقف الانقسامات بعد الرضاعة ، باستثناء المناطق السلفية. وفقا لدراسة أجريت على وجه الخصوص من قبل نيكول Coufal، من مختبرنا،. فإن كل الخلايا العصبية البشرية تجربة في المتوسط 80 التكامل من عناصر لتر 1. هذا التردد لأسباب التباين الكبير بين الخلايا في الشخص نفسه، وبين الأفراد.

نشاط ل 1 العناصر وأكد في الدماغ البشري في عام 2011 من قبل كينيث بيلي، من معهد روزلين، بالقرب أدنبرة، اسكتلندا، وزملاؤه. حدد الباحثون 7743 الإدراج من عناصر ل 1 في الحصين والمذنبة (أيضا أحد المتحدثين في منطقة الذاكرة) في ثلاثة قتلى.

خلال دراستهم ، توصل فريق معهد روزلين. إلى اكتشاف غير متوقع: وجدوا حوالي 15000 نسخة من فئة أخرى من الينقولات العكسية ، الجيب (للعناصر النووية القصيرة المتناثرة ، أو العنصر النووي القصير والمنتشر). و الأكثر وفرة شرط لم وحظ، وهو عضو في عائلة دعا اتحاد المحامين العرب، في الدماغ.

منذ تكوين الخلايا العصبية

ثم سألنا أنفسنا ما يبعث النشاط من عناصر لتر 1. منذ تكوين الخلايا العصبية. يحدث في قرن آمون بشكل خاص ويتم تحفيز من ممارسة الرياضة البدنية، وهذا الأخير على الزناد لretrotranspositions؟ لمعرفة ذلك ، جعلنا الفئران المعدلة وراثيًا تعمل في عجلة: تضاعف عدد الخلايا الفلورية الخضراء تقريبًا في قرن آمون.

هل المواقف والتحديات الجديدة تحفز أيضًا تكوين الخلايا العصبية ، والعوامل الأخرى التي تؤدي إلى التحويل الرجعي؟ إذا قفز العنصر بمقدار L 1 حيث يتعلم الجهاز العصبي ويتكيف .مع العالم الخارجي .، فهذا يعني أن الدماغ يتطور باستمرار وراثيًا ويتغير مع كل تجربة جديدة. يمكن أن تحدث اختلافات ملحوظة ، حتى بين التوائم المتماثلة.

لتدعم الفرضية القائلة بأن الجينات القفز تساهم .في التنوع الدماغ في البشر، ولقد تجاوزت عد ل 1 العناصر في الحمض النووي . بحثنا أيضًا عن رابط بين نتائجنا والأحداث المرئية ، مثل المرض العقلي. من الأسهل إثبات العواقب الوخيمة مقارنة بالآثار الإيجابية.

السابق
الشروق
التالي
15 من العادات اليومية التي تدمر صحتك