التغيير الوراثي الفريد الذي حول الخيول إلى القوى الرياضية

جياني كاستيغليون لم يشرع في دراسة الخيول.

كان عالم الأحياء بجامعة فاندربيلت وزملاؤه مهتمين بكيفية موازنة الأنواع المختلفة للحيوانات والحاجة إلى إنتاج الطاقة مع المنتجات الثانوية الضارة لهذا الإنتاج.

وقال “لجعل الطاقة ، أبرمنا صفقة مع الشيطان ، في الأساس ، نشرة بطيئة في خلايانا”. هذا النار يحرق الأوكسجين بشكل أساسي لخلق الطاقة. لكن هذا يركض الكثير من الدخان ، أو الإجهاد التأكسدي ، الذي يمكن أن يضر الخلايا.

اتضح أن الخيول قد طورت طريقة غير عادية لتنظيم هذه المقايضة التي تسمح لهم بذلك إنتاج المزيد من الطاقة دون تكبد المزيد من الأضرار الخلوية ، تقرير الباحثين في المجلة علوم. قد تشرح تلك التغييرات الوراثية ، جزئيًا ، كيف أصبحت الخيول الرياضيين الأقوياء ، قادرين على ذلك تجاوز وتفوق جميع الحيوانات الأخرى تقريبًا.

وقال كاستيغليون: “يمكن للخيول أن تجعل هذا الحريق يحترق حتى أكثر سخونة ويحدث الضرر أقل مما سيكون عليه في نوع مثل الإنسان”.

حدثت التغييرات في مسار الجين الرئيسي يسمى NRF2/KEAP1. وقال Castiglione إن المسار يستشعر تراكم الإجهاد التأكسدي ثم يبدأ إنتاج مضادات الأكسدة ، والذي يمكنه تنظيفه. “هذا هو في الأساس قسم إنتاج الطاقة والإطفاء ، وكلها ملفوفة في واحدة.”

كان Castiglione وزملاؤه يقومون بمسح جينومات ما يقرب من 200 نوع من الثدييات يبحثون عن متغيرات غير عادية في هذا المسار. الخيول عالقة مع طفرة واحدة غير عادية للغاية.

وقال “إنه نوع من الطفرة يسمى طفرة هراء”. “هذا لأنه يكسر الجين ، فإنه يعطله من فعل ما تحتاجه الخلية.” وضعت علامة توقف بشكل أساسي ، تسمى كودون توقف ، نحو بداية جين Keap1. تشير CODONS بشكل عام إلى أن الجين ينتهي ، لذا فإن وجود واحد في البداية “يكسر” الجين.

هذه الطفرة تقتل الفئران ، ربما لأنها تتيح الكثير من “الدخان” للتراكم في الخلايا. لذلك كان castiglione متعثر. “لقد فكرنا ، واو ، كيف تتعامل الخيول مع هذا؟”

من خلال مجموعة متنوعة من التقنيات الجينومية والجزيئية ، وجد الباحثون إجابة.

وقالت إيليا دوه ، وهي مؤلفة مشاركة في الدراسة وعلم الأحياء الجزيئي في جامعة جونز هوبكنز: “لقد تطورت الخيول استراتيجية معقدة للغاية للعمل حول كود التوقف هذا”. في الأساس ، يتيح لهم مجموعة من الطفرات تجاهل علامة التوقف ، مما يجعل الجينات تعمل ، ولكن بطريقة مختلفة قليلاً تنتهي بالاستفادة من الخيول.

وجد الباحثون أن هذه الطفرات ، التي نشأت في أسلاف جميع الخيول الحديثة ، تسمح لخلايا العضلات الخاصة بهم بإنتاج طاقة ما يصل إلى خمسة أضعاف من خلايا الماوس ، مع زيادة نظام التحكم في الضرر في وقت واحد بنسبة 200 ٪.

وقال دوه: “هذا يوفر لهم الوسائل الكيميائية الحيوية للركض بسرعة وعلى مسافات طويلة”. هذا يساعدهم في النهاية على أن يصبحوا قوى الهوائية.

وقال سامانثا بروكس ، باحث في علم الوراثة في جامعة فلوريدا: “أحب هذه الورقة حقًا”. وقالت إن الطفرة “كان ينبغي أن تسببت في فقدان كارثي الوظيفة لهذا البروتين. ولكن بدلاً من ذلك ، تمكن أسلاف هذه الأنواع بطريقة ما من تحويل هذا الليمون إلى عصير الليمون.”

يقول الباحثون إن الطريقة التي صنعوا بها عصير الليمون – تجاهل كود التوقف – لم يتم الإبلاغ عنها إلا في الفيروسات.

هذا التكيف يمكن أن يكون له آثار على صحة الإنسان. العديد من الأمراض الموروثة ، مثل تليّف كيسي و ضمور العضلات، تنبع من كودات التوقف الناشئة في جينات مهمة. وقال دوه ، إذا تمكن الباحثون من فهم أفضل لكيفية تمكن الخيول من تجاهل مثل هذه الكودونات المتوقفة ، فربما يمكنهم تطوير علاجات جينية تفعل ذلك في البشر أيضًا.