تحقیقات جدید: انتقال DNA میتوکندری به ژنوم سلول های مغز ممکن است طول عمر ما را کوتاه کند

یک دشمنی قدیمی بین میتوکندری و هسته سلول‌های ما ممکن است باعث آشوب در ژنوم و ایجاد آسیب‌های عصب‌شناختی شود.

دانشمندان دریافته‌اند جدا شدن تکه‌های DNA میتوکندریایی و جذب آن‌ها در ژنوم هسته‌ای متداول‌تر از چیزی است که تصور می‌شد. این رخداد می‌تواند مغز را مستعد ریسک بیماری‌هایی کند که برای زندگی ما خطرناک هستند.

تیمی از پژوهشگران دانشگاه کلمبیای آمریکا دریافته‌اند افرادی که «درج میتوکندریایی هسته‌ای» یا NUMT بیشتری در سلول‌های مغز خود دارند، احتمالاً زودتر از آن‌هایی که NUMT کمتر دارند، می‌میرند.

میتوکندری باتری سلول‌هاست و انرژی را به‌صورت نوعی پول شیمیایی آزاد می‌کند که در بسیاری از نیازهای متابولیک بدن کاربرد دارد. این نیروگاه‌ها که زمانی ارگانیسم‌های میکروبی مستقل بودند، میلیاردها سال قبل با نیاکان تک‌سلولی ما ادغام شدند.

از آن زمان، ژنوم‌های نیاکان ما و ژنوم‌های میتوکندریایی در معامله‌ای سودمند، زیر یک سقف زندگی می‌کردند. اما میتوکندری به‌آهستگی صفحاتی از ژنوم خود را در کتابخانه ژنوم ما قرار داده است.

این انتقال همچنان ادامه دارد اما پدیده‌ای نادر است و در هر ۴۰۰۰ تولد، یک NUMT با ژنوم ما ادغام می‌شود. این یکی از راه‌هایی است که میتوکندری، از سلول‌های مخمر تا انسان، با ژنوم هسته‌ای صحبت می‌کند.

DNA میتوکندریایی در هسته

این فعل و انفعال مواد ژنتیکی برای نسب‌شناسانی که وراثت میتوکندریایی را دنبال می‌کنند یا برای پزشکانی که شجره‌های خانوادگی می‌سازند، گمراه‌کننده‌اند.

اما پژوهشگران مسئله نگران‌کننده‌تری را کشف کرده‌اند: درج DNA میتوکندریایی در ژنوم ما ممکن است با فرایندهای حیاتی تداخل داشته باشد.

این DNAها مانند ویروس رفتار می‌کنند؛ زیرا از برش‌های ژنوم برای جایگذاری خود بهره می‌برند (مشابه cut-paste) یا مانند ژن‌های جهنده‌ای به‌ نام «رتروترانسپوزون» یا ژن‌های انتقالی هستند که در ژنوم جابه‌جا می‌شوند (با فرایندی مشابه copy-paste).

دانشمندان پیشتر میان این رفتار ویروس‌مانند با افزایش ریسک سرطان‌های خاص در دیگر دستگاه‌های بدن ارتباطی پیدا کرده بودند. شواهدی نیز وجود داشت که NUMTها باعث افزایش سرعت پیری در سلول‌های مخمر می‌شوند؛ ازاین‌رو، پژوهشگران تصمیم گرفتند ببینند انباشت DNA میتوکندریایی در هسته‌های غیرتولیدمثلی مشکلات سلامت دیگری ایجاد می‌کند یا نه.

اثر NUMT در مغز

پژوهشگران دانشگاه کلمبیا با استفاده از نمونه‌های جمع‌آوری‌شده پس از مرگ پژوهشی مستقل درباره طول عمر در افراد مسنِ دچار مشکلات عصب‌شناسی بافت‌های مختلف مغز و سلول‌های ایمنی حدود ۱۲۰۰ نفر را بررسی کردند.

نه‌تنها انباشت بخش‌هایی از DNA میتوکندریایی در کروموزوم‌های سلول‌های غیرتولیدمثلی به‌طرزی غافلگیرکننده بالا بود، بلکه برخی بافت‌های خیلی قدیمی مقدار فراوانی خاطرات میتوکندریایی داشتند.

سلول‌های مغز، در مقایسه با سلول‌های داخل جریان خون، NUMTهای بسیار بیشتری داشتند. تعداد این درج‌ها در نمونه‌های قشر پشتی جانبی پیش‌پیشانی (DLPFC) بیش از 5 برابر درج درون بافت‌های مخچه بود.

به‌طرز نگران‌کننده‌ای، افرادی که درج DNA میتوکندریایی بیشتری در ژنوم‌های عصبی خود داشتند، با احتمال بیشتری دچار مرگ زودهنگام شده بودند. آن‌هایی که در سنین کمتر مرده بودند، به‌ازای هر دهه عمر دو درج اضافی نسبت به همتایان مسن‌تر خود داشتند.

این قضیه برای اولین بار نشان می‌دهد NUMTها ممکن است عواقبی عملکردی داشته باشند و طول عمر را تحت‌تأثیر قرار دهند. پس انباشت NUMT را می‌توانیم به فهرست مکانیسم‌های ناپایداری ژنوم که احتمالاً روی پیری، زوال عملکردی و طول عمر تأثیر دارند، اضافه کنیم.

اندازه‌گیری درج در سلول‌های پوست انسان کشت‌شده در آزمایشگاه نشان داد به‌طور میانگین پس از هر ۱۲.۶ روز یک NUMT جدید ظاهر می‌شود. این نرخ در میتوکندری‌هایی که حاوی جهش‌های پرفشار بودند، بیشتر بود.

این اولین باری نیست که DNA میتوکندریایی متهم به ایجاد آسیب‌های عصبی شده‌اند. اما حالا واضح است که ادغام آن‌ها با کتابخانه ژنتیکی ما ممکن است آشوب‌های مخصوص خود را ایجاد کند. همین مسئله نشان می‌دهد ما باید توجه بیشتری به این تنش قدیمی میان 2 هم‌خانه سلول‌هایمان بکنیم.

یافته‌های این پژوهش در ژورنال PLOS Biology منتشر شده است.