نوارهای گورخر، بال‌های پروانه

راه‌راه‌های بدن یک گورخر، مارپیچ‌های یک حلزون دریایی، بال‌های یک پروانه؛ اینها همه مثال‌هایی از الگو در طبیعت هستند. شکل‌گیری الگوها برای ریاضی‌دانان و زیست‌شناسان به یک اندازه معماست. طرح ظریف بال‌های یک پروانه چگونه از یک تخم لقاح‌یافته به وجود می‌آید؟ چگونه الگو از درون بی‌الگویی پدید می‌آید؟ پژوهشگران دانشگاه جانز هاپکینز با استفاده از مدل‌های کامپیوتری و سلول‌های زنده الگوی خاصی کشف کرده‌اند که می‌تواند به حرکت سلول جهت بدهد و ممکن است به ما کمک کند به چگونگی حرکت سلول‌های سرطانی جابه‌جاشونده یا در اصطلاح متاستازدهنده پی‌ببریم. دنیس مانتل (D. Montell)، استاد شیمی زیستی در هاپکینز می‌گوید: «تشکیل الگو مسئله‌ای کلاسیک در جنین‌شناسی است. در مقطعی، سلول‌های جنین باید از دیگران جدا شده و تبدیل به سلول‌هایی شوند که سرانجام به سلول‌های قلب، سلول‌های کبد، گلبول‌های خونی و نظایر آن متمایز شوند.» پژوهشگران به عنوان مثالی از تشکیل الگو، فرآیندی را بررسی کردند که در آن حدود شش سلول در مگس سرکه خود را از سلول‌های مجاور متمایز می‌سازند و ضمن تکوین تخم از موقعیتی در تخمدان به موقعیتی دیگر می‌روند. مانتل می‌گوید: «برای اینکه این مهاجرت سلولی اتفاق افتد، باید سلول‌هایی باشند که بروند و سلول‌هایی باشند که بمانند. باید تفاوت مشخصی وجود داشته باشد ــ تفکیکی میان انواع مختلف سلول‌ها که در ظاهر یکسان به نظر می‌رسند.»
در بررسی‌های پیشین پیام خاصی شناسایی شده بود که واداشتن این سلول‌های تخم مگس به حرکت لازم است؛ مسئله آن است که این پیام «درجه‌بندی‌شده» است. این پیام، همچون قطره‌های جوهر که روی کاغذ خیس پخش می‌شود، درفاصله بین سلول‌های مجاور حرکت می‌کند و هرچه دورتر می‌شود تحلیل می‌رود و کمرنگ‌تر می‌شود. اما برای تشکیل الگو وجود مرزهای واضح لازم است ــ همانطور که بین نوارهای سیاه و سفید بدن گورخر هیچ ناحیه خاکستری وجود ندارد، یا بین سلول‌های قلب و سلول‌های کبد و در این مورد بین سلول‌های مهاجر و آنهایی که در جای خود می‌مانند. پیام‌های درجه‌بندی‌شده چگونه به یک پیام آشکار برو یا بمان تبدیل می‌شوند؟ پژوهشگران با بررسی مگس‌های حاوی جهش‌هایی در ژن‌های مختلف، کشف کرده‌اند که یک ژن خاص به نام آپونتیک در تبدیل یک پیام درجه‌بندی‌شده اهمیت دارد. میشل استارز گایانو، دانشجوی فوق‌دکترای شیمی زیستی، می‌گوید «هنگامی که آپونتیک خاموش می‌شود، تمایز میان سلول‌های مهاجر و ساکن مبهم است. در این افراد جهش‌یافته شاهد موارد بسیاری هستیم که در آنها سلول‌های مهاجر از سلول‌های مجاور خویش به درستی جدا نمی‌شوند بلکه درعوض، هنگام دور شدن آنها را نیز همراه خود می‌کشند.» این نشان می‌دهد که پیام درجه‌بندی‌شده به تنهایی برای هندل زدن تعداد درست سلول‌ها کافی نیست و این کار نیازمند کمک آپونتیک است.
وقتی این تیم پی برد که وجود آپونتیک برای واداشتن این سلول‌ها به حرکت مهم است، تصمیم گرفت طرز‌کار آپونتیک را مشخص کند. آنها با همکاری هانس ماینهارت (H. Meinhardt)، استاد ممتاز ریاضی در انستیتو ماکس پلانک آلمان، یک مدل کامپیوتری طراحی کردند که می‌تواند چگونگی تبدیل پیام‌های درجه‌بندی‌شده به فرمان‌هایی که به سلول‌ها می‌گویند بروند یا بمانند را شبیه‌سازی کند. این تیم با پذیرفتن بعضی فرض‌ها درباره هر ژن و کارکردهای منتسب به هر ژن، مدار ساده‌ای ساخت که می‌تواند رفتار یک سلول را با استفاده از پیام درجه‌بندی‌شده، آپونتیک، و پروتئین قبلا کشف‌شده دیگری به نام slbo (که اسلوبو تلفظ می‌شود) پیش‌بینی کند. این مدل کامپیوتری نشان می‌دهد که در یک سلول، پیام درجه‌بندی‌شده، هم آپونتیک و هم اسلوبو را روشن می‌کند. اما آپونتیک و اسلوبو ضد هم کار می‌کنند و با همدیگر در ستیز‌ند: وقتی یکی اندکی برتری می‌یابد، دیگری تضعیف می‌شود که این به نوبه خود سبب می‌شود اولی برتری بیشتری پیدا کند. این فرآیند آنقدر ادامه می‌یابد تا در هر سلول یکی بر دیگری غلبه کند. چنانچه اسلوبو پیروز شود، سلول حرکت می‌کند اما اگر آپونتیک پیروز شود، سلول در جای خود می‌ماند؛ به این ترتیب میان ماندن و رفتن مرز روشنی ایجاد می‌شود.
مانتل می‌گوید «این نه‌تنها راه‌حل جدیدی برای مسئله چگونگی ایجاد الگو از بی‌الگویی است، بلکه درعین‌حال ما آپونتیک را به عنوان تنظیم‌کننده جدیدی در مهاجرت سلولی کشف کرده‌ایم.» مهاجرت سلولی احتمالا زیربنای انتشار سلول‌های سرطانی به خارج از تومور اولیه و رسیدن به نواحی دیگر بدن است. درک و در نتیجه آن توانایی دستکاری مسیر مهاجرت سلولی بالقوه می‌تواند مانع ایجاد تومورهای جدید شود. مانتل می‌گوید: در این مرحله موضوع بیشتر صرف دانستن آن است که تنظیم‌کننده‌های مثبت و منفی مهاجرت سلولی کدام‌اند.» هزینه این پژوهش توسط انجمن سرطان آمریکا و انستیتوهای ملی بهداشت تامین و نتایج آن در شماره ۱۳ مه ژورنال Developmental Cell منتشر شد.

ترجمه کاوه فیض‌اللهی
Science Daily, Jun. ۲۰, ۲۰۰۸

منبع : روزنامه کارگزاران