گلبول‌های قرمز بالغ چگونه ایجاد می‌شوند؟

هر یک از سلول‌های بدن، از پوست گرفته تا عضله و مغز، کار خود را به شکل یک سلول عمومی آغاز کرده و طی فرآیندی به نام تمایز و اختصاصی شدن، ویژگی‌های خاص خود را به دست می‌آورد. این فرآیند در هیچ‌یک از سلول‌های بدن، به اندازه‌ی گلبول‌های قرمز مهیج نیست!

مقاله‌ی مرتبط: تمایز سلولی؛ اختیار در سایه‌ی اجبار

برای اینکه بیشترین جای ممکن برای پروتئین حامل اکسیژن، هموگلوبین، فراهم شود، تقریبا تمام اجزای موجود در داخل سلول‌های پیش‌ساز گلبول‌های قرمز- از جمله هسته، ریبوزوم‌ها، میتوکندری و …- از بین می‌روند. انباشته شدن گلبول‌های قرمز با هموگلوبین، ضروری است. این کار به بافت‌ها و ارگان‌های مختلف بدن این امکان را می‌دهد تا اکسیژن موردنیازشان را دریافت کرده و فعالیت‌های نرمال خود را انجام دهند. اما این تغییر آرایش و ساختار در سلول‌ها چگونه شروع شده و ادامه می‌یابد؟

برای بیش از بیست سال، دَنیِل فینلی^۱، استاد زیست‌شناسی سلولی در دانشکده‌ی پزشکی هاروارد، در تلاش است تا اسراری را که در پسِ این تغییرات سلولی ژرف نهفته‌اند را آشکار کند. اکنون به مدد پیشرفت‌های شگرف تکنولوژی و یک ملاقات تصادفی با محققان در بیمارستان کودکان بوستون، فینلی و همکارانش توانسته‌اند مکانیسم تمایز گلبول‌های قرمز را شناسایی کرده و به این نکته پی ببرند که این مکانیسم‌ها در ارتباط با آنزیمی هستند که فینلی برای اولین بار در سال ۱۹۹۵ مطالعه کرده است.

یافته‌های این محققان، که در چهارم آگوست در ژورنال Science منتشر شده است، می‌تواند به راه‌های جدیدی برای درمان بیماری‌های خونی و سرطان بیانجامد. فینلی گفته است:

ایجاد سلول‌هایی بسیار تخصص‌یافته، برای فرآیندهایی نظیر نقل و انتقال اکسیژن به بافت‌ها، دیدن اشیا و ساخت پوست جدید، بسیار مهم و ضروری است. فهمیدن این‌که این تمایز‌ها چگونه اتفاق می‌افتند می‌تواند دیدگاه جدیدی درباره‌ی ویژگی‌های اساسی موجودات زنده به ما بدهد.

نویسنده‌ی ارشد مطالعه، آنتونی توآن ناگویِن^۲، MD-PhD می‌گوید:

طی فرآیند تمایز سلولی، اجزای اضافی یک سلول عمومی و نابالغ توسط پروتئازوم (رشته‌مولکول‌های خورنده‌ی پروتئین یا متراکم‌کننده‌های ضایعات سلولی) حذف می‌شوند.

طی این مطالعه دانشمندان سعی کردند مکانیسمی را که قبل از تبدیل یک سلول پیش‌ساز به یک گلبول‌ قرمز بالغ، باعث حذف برخی بخش‌های سلولی و بقای بخش‌های دیگر می‌شود را پیدا کنند. فینلی احتمال می‌داد که این فرآیند توسط آنزیمی به نام UBE20 که وی و همکارانش در دهه‌ی ۱۹۹۰ شناسایی کرده بودند، کنترل می‌شود. این آنزیم بخش‌های سلولی را که باید تخریب شوند با اتصال پروتئینی به نام یوبیکوییتین^۳ نشانه‌گذاری می‌کند. این نشانه‌گذاری به پروتئازوم‌ها این امکان را می‌دهد تا اهداف تخریب در داخل سلول را شناسایی کنند. این پروسه‌ی پیچیده که با عنوان سیستم یوبیکوییتین-پروتئازوم (UPS) شناخته می‌شود، دائما در سراسر بدن فعال می‌شود تا پروتئین‌های اضافی را از سلول‌ها حذف کرده و از درهم‌ریختگی داخل سلول‌ها جلوگیری کند.

مقاله‌ی مرتبط: محققان آنزیم کلیدی رشد تومور را کشف کرده‌اند.

پیش از این سیستم یوبیکوییتین-پروتئازوم به تمایز گلبول‌های قرمز ربط داده نشده بود. اما در تحقیقی که فینلی سال‌ها قبل روی UBE20 انجام داده بود، مشخص شده بود که در داخل گلبول‌های قرمز نابالغ، مقادیر فراوانی از این آنزیم وجود دارد. این موضوع سرنخ بسیار مهمی بود. با توجه به حضور UBE20 در گلبول‌های قرمز نابالغ و عملکرد شناخته‌ شده‌ی آن به عنوان از بین‌بَرَنده‌ی ضایعات داخل سلولی، UBE20 به عنوان یکی از تنظیم‌کننده‌های اصلی تمایز سلولی مطرح شد. اما زمانی‌که فینلی به این نتیجه رسید، نه تکنولوژی لازم و نه اشتیاق لازم را برای بررسی پیشرفت گلبول‌های قرمز در سطحی مولکولی را نداشت. وی خود در این باره می‌گوید:

این موضوع فرصتی بود که از دست رفت، مثل ماهی که از تور سُر خورده باشد.

بیست سال بعد، اتفاق و دلایلی که فینلی برای مطالعه‌ی دوباره‌ی تحقیق گذشته‌ی خود نیاز داشت، هنگام دیدار وی با مارک فلمینگ، متخصص پاتولوژی بیمارستان کودکان بوستون، محقق شد. در حین مطالعه‌ی گلبول‌های قرمز، مارک فلمینگ متوجه شده بود که یکی از موش‌های جهش‌یافته فاقد آنزیم UBE20 می‌باشد. با فهمیدن این موضوع، فلمینگ کنجکاو شده بود که نبود این آنزیم چه تاثیری می‌تواند بر تمایز سلولی داشته باشد و برای پاسخ به سوال، با فینلی تماس گرفته بود.

دانشمندان در ادامه‌ی مطالعاتشان فهمیدند موش‌های فاقد آنزیم UBE20 ضعیف و کم‌خون بودند که یکی از نشانه‌های کمبود گلبول قرمز است. این مشاهده از فرضیه‌ای که UBE20 را در تمایز سلولی مسئول می‌دانست، پشتیبانی می‌کرد. با انجام چندین تست دیگر بر پایه‌ی آنالیزهای پروتئینی بزرگ‌مقیاس که در دهه‌های گذشته موجود نبودند، محققان نقش این آنزیم را اثبات کردند.

طبق نتایج آنان، گلبول‌های قرمز نابالغ که فاقد آنزیم UBE20 بوده‌اند، بسیاری از پروتئین‌های اضافی را در داخل خود حفظ کرده و نمی‌توانستند تمایز پیدا کنند. محققان همچنین نشان دادند که علاوه بر گلبول‌های قرمز، در سایر سلول‌ها نیز UBE20 پروتئین‌هایی که باید تخریب شوند را نشانه‌گذاری می‌کند و به این نتیجه رسیدند که این آنزیم از تنظیم‌کننده‌های اولیه‌ی تمایز در RBC‌ها است. اما دانشمندان هنوز تا گفتن اینکه UBE20 تمایز را در سایر سلول‌ها نیز کنترل می‌کند، فاصله دارند؛ اما فینلی معتقد است این آنزیم احتمالا این کار را نیز انجام می‌دهد. فینلی می‌افزاید:

من فکر می‌کنم کاری که ما انجام دادیم توجه‌ها را به سمت فرآیندهای پیچیده‌ی پشت تمایز سلولی که در طبیعت رخ می‌دهد، متمرکز خواهد کرد.

چون این آنزیم در تمایز گلبول‌های قرمز نقش کلیدی ایفا می‌کند، محققان امیدوارند نتایج مطالعاتشان بتواند به یافتن درمان‌های جدیدی برای برخی ناهنجاری‌ها و سرطان‌های خونی منجر شود. این مطالعه آشکار کرد که در موش‌ها، کمبود UBE20 توانست عوارض نوعی خاص از ناهنجاری خونی به نام بتا-تالاسمی را سرکوب کند. این بخش از مطالعه از همه بیشتر برای ناگوین که یک جهش ژنی مرتبط با این ناهنجاری را دارد امیدوارکننده است. وی در این‌باره می‌گوید:

اینکه بتوانیم راهی پیدا کنیم تا این بیماری ژنتیکی را مطالعه کرده و درمانی برایش بیابیم، بسیار هیجان‌انگیز است. مخصوصا که این موضوع خود من را هم تحت تاثیر قرار خواهد داد.

^{پی‌نوشت}

1. ^{Daniel Finley}
2. ^{Anthony Tuan Nguyen}
3. ^Ubiquitin