إنشاء أول خريطة تظهر تعديل الحمض النووي في الدماغ!

لقد انبهر العلماء منذ فترة طويلة بتعقيدات الدماغ البشري. وقد قدمت دراسة حديثة لمحة غير مسبوقة عن كيفية تطور تنظيم الجينات أثناء نمو الدماغ البشري. لقد سلط هذا البحث الرائد الضوء على الدور الحاسم لبنية الكروماتين، وهو التنظيم ثلاثي الأبعاد للحمض النووي والبروتينات، في تشكيل تطور الدماغ ووظيفته. قامت الدراسة، التي نشرت في مجلة (Nature)، بإنشاء أول خريطة لتعديل الحمض النووي في الحصين وقشرة الفص الجبهي، وهما منطقتان في الدماغ مهمتان للتعلم والذاكرة والتنظيم العاطفي. لقد قام الفريق بعرض طرق جديدة لفهم كيفية تأثير نمو الدماغ المبكر على الصحة العقلية مدى الحياة.

كما جعل الباحثون مصدر البيانات القيم هذا متاحًا للجمهور من خلال منصة على الإنترنت، مما يوفر أداة قيمة للعلماء لربط المتغيرات الجينية المرتبطة بالحالات العصبية النفسية بالجينات والخلايا وفترات النمو الأكثر حساسية لتأثيراتها.

الكود الخفي للصحة العقلية

يعد فهم الآليات المعقدة للصحة العقلية خطوة حاسمة في كشف تعقيدات نمو الدماغ البشري. إن أدمغتنا مجهزة للاستجابة لمختلف المحفزات. ومع ذلك، فإن الكود الأساسي الذي يحكم هذه الاستجابات لا يزال مجهولا إلى حد كبير. إن الدماغ البشري كيان ديناميكي ومتغير باستمرار، وتطوره عبارة عن توازن دقيق بين العوامل الوراثية والبيئية.

فكر في الدماغ كأوركسترا، حيث يلعب كل موسيقي دورًا فريدًا في خلق كل متناغم. وفي سياق الصحة العقلية، “الموسيقيون” هم الجينات التي تعمل بشكل متضافر لتنظيم الجوانب المختلفة لوظيفة الدماغ. ومع ذلك، عندما تنحرف هذه الجينات عن مسارها، تخرج السيمفونية عن التناغم، مما يؤدي إلى اضطرابات مثل التوحد والفصام وغيرها من الحالات العصبية والنفسية.

ولكن، كيف تتفاعل الجينات مع بعضها البعض ومع بيئتها لتشكيل الدماغ؟ تكمن الإجابة في عالم علم الوراثة اللاجينية، حيث تؤثر التعديلات الكيميائية في الحمض النووي على التعبير الجيني دون تغيير تسلسل الحمض النووي الأساسي. هذا التفاعل المعقد بين العوامل الوراثية واللاجينية يمهد الطريق لتطور اضطرابات الصحة العقلية، مما يجعل من الضروري فهم تعقيدات هذا الرمز الخفي.

الكشف عن البنية ثلاثية الأبعاد

لفهم كيفية تطور تنظيم الجينات أثناء نمو الدماغ البشري، كان على الباحثين فك شفرة الكروماتين، التي تشير إلى البنية ثلاثية الأبعاد للحمض النووي والبروتينات. تلعب هذه البنية المعقدة دورًا حاسمًا في التعبير الجيني، لكنها كانت منطقة غير مستكشفة إلى حد كبير في سياق تطور الدماغ.

إنها مثل مكتبة بها ملايين الكتب، كل منها يمثل جينًا ما. إن الطريقة التي يتم بها تنظيم هذه الكتب وتكديسها وربطها تحدد أي منها سيتم قراءته أو التعبير عنه ومتى. وفي الدماغ، يعد هذا التنظيم ضروريًا لتطور الخلايا العصبية والخلايا الدبقية وتكوين الوصلات المتشابكة.

استخدم الباحثون نهجًا متطورًا يسمى تسلسل الميثيل للنواة الفردية والتقاط تكوين الكروماتين (snm3C-seq)، لتحليل كود الكروماتين في أكثر من 53,000 خلية دماغية. سمحت لهم هذه التقنية بدراسة آليتين لاجينيتين تتحكمان في التعبير الجيني في وقت واحد، التغيرات الكيميائية في الحمض النووي المعروفة باسم المثيلة (methylation) وتعديل الكروماتين.

تعديل الحمض النووي في الدماغ

لقد أنشأ الباحثون أول خريطة من نوعها، ترسم التغيرات الديناميكية التي تحدث خلال فترات النمو الحرجة. وتم تحليل خلايا دماغية من متبرعين من منتصف الحمل إلى مرحلة البلوغ، مما كشف عن تغييرات مهمة في تنظيم الجينات خلال فترات النمو الحرجة.

ومن خلال رسم خريطة ثلاثية الأبعاد للكروماتين، وجد الباحثون تغيرات مهمة في تنظيم الجينات خلال فترات النمو الحرجة، بما في ذلك منتصف فترة الحمل، عندما تتوقف الخلايا الجذعية العصبية عن إنتاج الخلايا العصبية وتبدأ في توليد الخلايا الدبقية. لقد تم التغاضي عن هذه المرحلة من التطور في الدراسات السابقة، ولكنها ضرورية لفهم كيفية تأثير المتغيرات الجينية المرتبطة بالحالات العصبية والنفسية على نمو الدماغ.

وقد تمكن الفريق من تحديد مكان اتصال المتغيرات الجينية بجينات معينة، من خلال فحص البنية ثلاثية الأبعاد للكروماتين. مما يمكن أن يساعد في تحديد أنواع الخلايا وفترات النمو الأكثر عرضة للحالات النفسية العصبية.

• كيف يتأثر تفتح الأزهار بأحداث على مدى جيني؟
• ماذا تعرف عن البيانات الضخمة؟
• التنقل العقلي باستخدام الخرائط الإدراكية
• اكتشاف كتلة قارية تحت جليد أنتاركتيكا!
• ما هو تأثير الجغرافية البريطانية على مسلسل صراع العروش؟

التطبيقات والتأثير

هذه الدراسة الرائدة لها آثار بعيدة المدى على فهمنا لنمو الدماغ وعلاقته بالصحة العقلية. ومن خلال إنشاء أول خريطة لتعديل الحمض النووي في الحصين وقشرة الفص الجبهي، يمكن للباحثين الآن تحديد الجينات والخلايا المحددة وفترات النمو الأكثر حساسية للمتغيرات الجينية المرتبطة بالحالات العصبية والنفسية مثل التوحد والفصام.

علاوة على ذلك، فإن هذا البحث له آثار كبيرة على تحسين النماذج المعتمدة على الخلايا الجذعية، مثل عضويات الدماغ، والتي تستخدم لدراسة نمو الدماغ والأمراض. ومن خلال التأكد من أن هذه النماذج تحاكي بدقة تطور الدماغ البشري، يمكن للعلماء اكتساب فهم أعمق لكيفية تؤدي الأخطاء في هذه العملية إلى حالات عصبية نفسية.

وفي المستقبل، يمكن أن تؤدي نتائج هذه الدراسة إلى تطوير علاجات جديدة لاضطرابات الصحة العقلية. على سبيل المثال، يمكن للباحثين استخدام هذه المعرفة لتصميم علاجات جينية مستهدفة تعمل على تصحيح الطفرات الجينية المرتبطة بالتوحد، مما قد يخفف من الأعراض مثل تحديات التواصل.

المصادر

Scientists create first map of DNA modification in the developing human brain | eurekalert

Temporally distinct 3D multi-omic dynamics in the developing human brain | nature