محققان ETH علل خطاهای تقسیم سلول های بافت انسانی و نحوه محافظت سلول ها از خود در برابر این خطاها را شرح داده اند.
بدن انسان از میلیاردها سلول تشکیل شده است که به طور مداوم حتی در بزرگسالان تقسیم می شوند. به این ترتیب بافت ها تجدید می شوند و هر گونه آسیب ترمیم می شود. تقسیم سلولی طبیعی از یک الگوی ثابت پیروی می کند: کروموزوم های یک سلول تکرار می شوند و سپس دوباره توزیع می شوند تا دو خوشه کروموزوم یکسان تولید شوند. سپس یک شیار شکاف بین دو خوشه کروموزوم وارد می شود که سپس هسته های سلولی متمایز را تشکیل می دهند.شیار شکاف عمیق می شود و در نهایت سلول اصلی را به دو سلول دختر جدا می کند. هر دو دارای هسته سلولی خود هستند.
با این حال، دانیل گرلیش، استاد موسسه بیوشیمی در ETH زوریخ، و گروهش به مواردی علاقه دارند که در فرآیند تقسیم سلولی مشکلی پیش بیاید. گاهی اوقات سلول شروع به تقسیم می کند، دو هسته سلولی را تشکیل می دهد، اما نمی تواند فرآیند تقسیم را کامل کند. در این موارد شیار شکاف پسرفت می کند و سلول تقسیم نمی شود. این یک سلول با دو هسته ایجاد می کند. این سلول ها سلول های تتراپلوئید نامیده می شوند و تصور می شود که پیش ساز سلول های سرطانی باشند.
پل های کروموزومی مانع تقسیم سلولی می شود
گروه Gerlichعللی که منجر به تتراپلوئیدی شدن می شود را بررسی کردند. آنها با استفاده از تکنیک‌های برچسب‌گذاری خاص، توانستند جزئیات اشتباهی را که در تقسیم سلول‌های زنده در زیر میکروسکوپ نوری رخ داده است، مشاهده کنند. Gerlich گزارش می دهد: "ما دیدیم که در برخی از سلول های در حال تقسیم، یک اتصال حاوی مواد کروموزومی بین دو هسته باقی مانده است."به این گسل ها در تقسیم سلولی، پل های کروموزومی می گویند. تا به حال، تأثیر آنها بر روی سلول ها مشخص نبود. این گروه توانست نشان دهد که پل های کروموزومی اغلب باعث تتراپلوئیدی شدن می شوند. به نظر می رسد که قسمت های کروموزوم تقسیم نشده مانع از جدایی نهایی دو سلول دختر می شوند.
با این حال، هر پل کروموزومی به یک سلول تتراپلوئید منتهی نمی شود. مشاهدات در دوره های زمانی طولانی نشان داد که بسیاری از سلول های نیمه تقسیم شده با پل های کروموزومی بعداً تقسیم سلولی را تکمیل کردند. با این حال، با بررسی دقیق تر، محققان دریافتند که این فرآیند در مقایسه با سلول های بدون پل کروموزومی کندتر است. گرلیچ توضیح می دهد: «ما به این نتیجه رسیدیم که باید مکانیسمی وجود داشته باشد که به سلول کمک کند تا با موفقیت تقسیم شود، حتی اگر کمی بیشتر طول بکشد.»
شفق قطبی تقسیم سلولی را تا زمانی که پل های کروموزومی برطرف شود به تاخیر می اندازد
محققان آنزیم شناخته شده Aurora B را به عنوان یک بازیگر مهم در این فرآیند شناسایی کردند. Gerlich می گوید: "ما متوجه شدیم که شفق B برای مدت طولانی تری در سلول های دارای پل های کروموزومی فعال می ماند." زمانی که شفق قطبی B فعال بود، سلول های دختر به طور کامل از هم جدا نشدند. کانال سلولی حاوی پل کروموزوم در ابتدا باز ماند و به کروموزوم ها زمان کافی برای جدا شدن داد. به محض تکمیل، شفق قطبی B غیرفعال شد. سپس این سیگنال برای دو سلول دختر بود که به طور کامل از هم جدا شوند.
وقتی محققان به طور مصنوعی شفق B را در آزمایش خاموش کردند، تقسیم سلولی شکست خورد زیرا پل های کروموزومی یک مانع را تشکیل دادند. در نتیجه، شیار رخ پسرفت کرد. سلول های دختر از هم جدا نشدند و هسته های سلولی با هم در سلول اصلی باقی ماندند و در نتیجه آن را تتراپلوئید ساختند.
«آزمایش‌ها نشان می‌دهند که شفق B به کروموزوم‌های جدا نشده پاسخ می‌دهد و بخشی از یک مکانیسم حفاظتی است که تضمین می‌کند مرحله نهایی تقسیم سلولی تنها زمانی آغاز می‌شود که همه کروموزوم‌ها به طور کامل از هم جدا شده باشند».بنابراین شفق B به اکثر سلول ها کمک می کند تا کاملاً تقسیم شوند، حتی اگر مشکلات اولیه داشته باشند.
پیشرفت به لطف روش های جدید
برای اینکه محققان فرآیند تقسیم سلولی را با جزئیات مشاهده کنند، ابتدا باید آن را قابل مشاهده می کردند. آنها روش های برچسب گذاری خود را توسعه دادند و روش های موجود را تطبیق دادند. گرلیچ می‌گوید: «استفاده از نشانگرهای پروتئینی فلورسنت برای شناسایی ساختارهای ظریف مانند پل‌های کروموزومی در زیر میکروسکوپ نوری و پیگیری توسعه آنها کلیدی بود.»
محققان از ضبط ویدئوهای میکروسکوپی خودکار برای مشاهده تقسیم هزاران سلول تا 100 ساعت استفاده کردند. از آنجایی که چنین داده‌هایی به ابزارهای تخصصی برای تحلیل مناسب نیاز دارند، بخشی از گروه تحقیقاتی روی توسعه روش‌های پردازش تصویر محاسباتی جدید کار می‌کنند. به منظور مدیریت حجم عظیمی از داده های تولید شده، گروه به زودی باید ظرفیت ذخیره سازی خود را به خوبی به حوزه ترابایت ارتقا دهد.
