استجابة خلايا اللبائن للإجهاد الحراري

تستجيب مزارع خلايا الإنسان واللبائن الاخرى للحرارة غيرها من الاجهادات وتقوم بتخليق مجموعة من البروتينات كما هو الحال في الخلايا حقيقية النواة والاخرى مثل الاستجابة في خلايا ذبابة الفاكهة Drosophila ، اذ تنشط مجموعة من الجينات وتعطل اخرى، اي يحصل تغيير في نمط تخليق البروتينات وهذا يعكس نمط اختلاف الانتساخ، اذ تبدأ الخلايا بانتساخ الجينات المسئولة عن تخليق بروتينات الصدمة الحرارية وترجمة جزيئات mRNA الخاصة بها. واهم هذه البروتينات في حقيقيات النواة Hsp70 تقريبا ثابت في كل الاحياء وهذا الاستنتاج جاء من دراسة بعض صفاته

•        حجمه ثابت تقريباً.

•        له نقطة تعادل كهربائي (Ip) Isoelectric point متشابهة.

•        له نمط متشابه من البيبتيدات عند هضمه بالتربسين.

•        الأجسام المضادة المنتجة ضد Hsp70 في الأفراخ لها تفاعلات متداخلة او متقاطعة مع البروتينات المأخوذة من الخمائر والفئران والانسان والرميح Xenopus وذبابة الفاكهة.

وفي ذبابة الفاكهة تكون عائلة جينات Hsp70 مكونة من بروتينين من بروتينات الصدمة الحرارية Hsp70 و Hsp68 وبروتينات اخرى مرافقة، والمرافقة لا تستحث كلها بالحرارة وانما ينتج بعضها بحرارة ليست مرتفعة بالنسبة لدرجة الحرارة التي تعيش بها الذبابة.

وتختلف الاحياء في عدد نسخ الجينات المسئولة عن تخليق بروتينات الصدمة الحرارية فمثلا في خميرة الخبز تحوي على نسختين في حين تحوي ذبابة الفاكهة على 5 نسخ اضافة الى احتوائها على تواليات تنظيم تقع Upstream بالنسبة للجينات الخاصة بـ Hsp70 وفي الإنسان تكون نسخ Hsp70 مضاعفة ولا تحوي على مناطق اعتراضية Introns ويشاركه في هذه الصفة جينات الهستونات والجين المسئول عن تخليق INF – α ، وهذه حالة غير اعتيادية في جينات حقيقيات النواة والحالة موجودة أيضاً في جينات Hsp70 و Hsp68 في ذبابة الفاكهة، وربما كان ذلك ان جينات حقيقيات النواة تحتاج الى وقت لظهور نواتجها فيما اذا كانت حاوية على الانترونات.

وفي الإنسان فان الجينات hsp70 تحاط بتواليات متكررة Repetitive sequences والتي تمثل مناطق ساخنة لعمليات التأشب وحدوث إدلاف للاكسونات Exon shuffling وكذلك حدوث عمليات اعادة ترتيب للجينات.

وعلى العموم عند تعرض خلايا الانسان المزروعة للحرارة او الاصابة بالفيروسات مثل الفيروسات الغدية Adenoviruses يمكن ان يؤدي الى انتاج بروتينات من عائلة Hsp70 ، والبروتين المنتج يكون بوزن جزيئي Hsp72 وتنتج الخلايا بروتينات اخرى قليلة الوزن الجزيئي Hsp27 اضافة الى تنشيط كاينيزات البروتين التي تساعد في نقل الاشارات، وكذلك يتم تنشيط Akt وفسفرة Hsp27 وكذلك تنشيط كاينيزات الاجهاد مثل c-jun NH₂-terminal kinase . وعند عدم امكانية مواجهة الخلايا للاجهادات الحرارية يمكن ان تحفز مسار الاستماتة وكذلك مسار موت الخلايا غير طريق الاستماتة Non-apoptotic cell death .

وتحفز الحرارة عددا من الكاينيزات التنظيمية التي تساهم في تخليق وتنظيم الوصيفات الجزيئية وهذه يمكن ان تساعد في تحوير مسار الاستماتة وتحاول الابقاء على الخلايا حية. وعليه فان معاملة الخلايا بالحرارة يمكن ان يؤدي الى بقاء بعض الخلايا ويسهل بدء عملية الموت للأخرى والمحصلة من ذلك ان الخلايا التي تبقى حية تكون قد حصلت على صفة تحمل الحرارة اضافة الى تحمل اجهادات اخرى.

واول المسارات التي تساعد في بقاء الخلايا حية بعد الصدمة الحرارية هو مسار الاستجابة للصدمة الحرارية والتي تؤدي الى حث Hsp90 , Hsp40 ,Hsp72 , Hsp 27 وتكون تحت سيطرة عوامل انتساخ الصدمة الحرارية HSFs . وبروتينات الصدمة الحرارية عند تكونها تساعد الخلايا لمقاومة اجهادات اخرى مثل الكحول الاثيلي، المعادن الثقيلة، والاجهاد التأكسدي والاسكيمية وتأثير عامل النخر TNF.

وبما ان التعرض للحرارة يؤدي الى مسخ البروتينات وتجمعها، لذلك استهدفت الدراسات المبكرة البحث عن البروتينات الحساسة للحرارة والمهمة والتي تؤدي الى موت الخلايا، وأسفرت الدراسات الى ان مثل هذه البروتينات هي بروتينات الارضية في النواة Nuclear matrix proteins وبروتينات الهيكل الخلوي. وتقوم بروتينات الصدمة الحرارية بإعادة طوي البروتينات النووية قليل في الخلايا المتحملة للحرارة والحاوية على بروتينات الصدمة الحرارية، اذ تظهر هذه الخلايا القابلية على اعادة اذابة البروتينات المتجمعة بعد تعريض الخلايا للحرارة اثناء مدة الشفاء وان وجود Hsp72 يكون كافيا لتقليل تجمع البروتينات النووية ويسرع العمل من اعادة طوي البروتينات بعد الصدمة الحرارية، وتساعد في ذلك بعض العوامل الاخرى.

وتدمير البروتينات في خلايا اللبائن وكذلك الإنسان يحصل عند ارتفاع الحرارة الى 43 – 45 م◦ وتقتل الخلايا تحت هذه الدرجة الحرارية ليس عن طريق الاضرار غير قابلة للرجوع وانما عن طريق سلسلة من التفاعلات المبرمجة تؤدي الى موت الخلايا، وفي هذه الحالة تقوم بروتينات الصدمة الحرارية بحماية الخلايا من القتل بالحرارة وذلك بالتداخل مع برنامج موت الخلايا. فموت الخلايا تحت ظروف غير متطرفة هو ما يعرف بالاستماتة، اما الخلايا التي تتعرض الى ارتفاع بسيط بدرجات الحرارة والتي تكون غير مميتة لكنها تموت بعد عدة انقسامات وتصبح غير قادرة على تكوين مستعمرات فيعرف بموت التكاثر Reproductive cell death او Colonogenic death وهذا المسار يختلف عن الاستماتة ولكنهما يشتركان في الاحداث الأولى لنقل الاشارات مثل زيادة ميوعة الأغشية الخلوية بالحرارة وغيرها.

المصادر

الخفاجي , زهرة محمود (2008) . التقنية الحيوية الميكروبية (توجهات جزيئية ) . معهد الهندسة الوراثية والتقنية الحيوية . جامعة بغداد .