الهامستر الذهبي يكشف السر الجيني للسبات الشتوي

استطاع العلماء تحديد جين يمكّن خلايا الثدييات من البقاء على قيد الحياة لفترات طويلة في درجات حرارة منخفضة للغاية، وهو ما تتعرض له الحيوانات أثناء السبات.

وثبت أن درجات حرارة الجسم التي تقل عن 10 درجات مئوية، قاتلة بسرعة للإنسان والعديد من الثدييات الأخرى، لأن الإجهاد البارد المطول يتسبب في تراكم الجذور الحرة الضارة في الخلايا، وخاصة جذور بيروكسيد الدهون، ما يؤدي إلى موت الخلايا وفشل الأعضاء. لكن بعض أنواع الثدييات يمكنها البقاء على قيد الحياة من الإجهاد البارد عن طريق السبات.

ويتضمن السبات في العديد من الثدييات الصغيرة دورات من أيام إلى أسابيع من الخمول العميق حيث تتوقف الحيوانات عن الحركة وتنخفض درجة حرارة أجسامها إلى مستويات منخفضة للغاية، تتخللها فترات قصيرة من درجة حرارة الجسم الطبيعية والنشاط.

والآن، حددت دراسة بقيادة الأستاذ المساعد ماساميتسو سون والأستاذ يوشيفومي ياماجوتشي من جامعة هوكايدو باليابان، جينا رئيسيا يساعد الهامستر السوري (الهامستر الذهبي، Mesocricetus auratus) في حالة السبات على تجنب موت الخلايا الناجم عن البرد.

ولتحديد الجين، قام العلماء أولا بهندسة خلايا سرطانية بشرية حساسة للبرد لتحمل جينات من خلايا الهامستر المقاومة للبرد، ثم قاموا بتعريض الخلايا البشرية لتكرار ظروف البرد المطولة وإعادة التدفئة من البرد.

ومن خلال تحليل جينومات الخلايا البشرية التي نجت من التعرض للبرد وضغوط إعادة التدفئة، تمكن الفريق من تحديد جينات الهامستر التي تم دمجها في جينوم الخلايا البشرية وتمكينها من البقاء على قيد الحياة في البرد.

وكشف التحليل عن مرشح محتمل: الجين الذي يشفر "الغلوتاثيون بيروكسيديز 4" (Gpx4)، وهو أحد أفراد عائلة البروتينات المعروفة بالفعل بتقليل تأثير أنواع الأكسجين التفاعلية في الخلايا الثديية.

وعندما تم قمع نشاط هذا الجين في خلايا الهامستر، إما عن طريق هندسة نسخة منه أو عن طريق قمع نشاطه كيميائيا، لم تتمكن الخلايا من البقاء على قيد الحياة إلا لفترات أقصر من التعرض للبرد الشديد - يومين، بدلا من خمسة أيام - قبل أن تموت بسبب تراكم بيروكسيد الدهون.

ويتم التعبير عن بروتين Gpx4 في الخلايا البشرية وخلايا الهامستر، ولكن الهامستر فقط هو الذي يمكنه السبات، لذلك فحص فريق البحث ما إذا كان بروتين Gpx4 البشري وبروتين Gpx4 في الهامستر يتصرفان بشكل مختلف.

ومن المثير للاهتمام أنهم وجدوا أن بروتين Gpx4 البشري يمكنه أيضا توفير الحماية من البرد عند الإفراط في التعبير عنه في الخلايا البشرية. ويقول الدكتور سون: "ما يزال السؤال مفتوحا لماذا تكون الخلايا غير السباتية أكثر عرضة للإجهاد البارد من الخلايا السباتية على الرغم من أن مستويات التعبير عن بروتين Gpx4 قابلة للمقارنة".

وتعد هذه النتائج خطوة أولى نحو فهم أخيرا لغز كيف يمكن لبعض الثدييات أن تدخل في سبات آمن في البرد الشديد. ويمكن أن يكون لهذا الاكتشاف تطبيقات محتملة لصحة الإنسان، مثل تحسين الحفاظ على الأعضاء على المدى الطويل للزرع باستخدام درجات حرارة منخفضة، أو في استخدام انخفاض حرارة الجسم كأداة علاجية.