فيمَ تتمثل أهمية الكروموسومات؟

يتكون جسدك من مليارات الخلايا؛ تحتوي كل منها على الحمض النووي (DNA). ويتكون الحمض النووي من آلاف الجينات؛ والجين بمثابة ”تعليمات“ لازمة لتنفيذ العديد من الأشياء والتعبير عن مختلف الصفات؛ مثل لون العيون، أو ما إذا كنت أكثر عُرضة للإصابة ببعض الأمراض، أم لا.

ويلتف الحمض النووي بإحكام، داخل خلاياك، مكونًا تركيبات تُسمى الكروموسومات (أو الصبغيات). حيث تحتوي كل خلية بشرية على 46 كروموسومًا، أو 23 زوجًا من الكروموسومات (نظرًا لأن الكروموسومات تأتي عادة في صورة أزواج، ويتكوَّن كلُّ زوج عادةً من كروموسوم واحد من الأم، وآخر من الأب). ويُسمى الزوج 23 من الكروموسومات بكروموسومات تحديد الجنس، وتُعرف هذه الكروموسومات بالكروموسوم X أو Y. ويمتلك الذكور كروموسومًا واحدًا لتحديد الجنس من النوع X وآخر من النوع Y، بينما تمتلك الإناث كروموسومين من النوع X لتحديد الجنس. وتمتاز الجينات الموجودة على الكروموسومات X بأهميتها في تحديد كيفية نمو الجسم وتأدية وظائفه.

ما معنى تعطيل الكروموسوم X؟

تمتلك الإناث اثنين من الكروموسومات X في كل خلية! واكتشف العلماء امتلاك الإناث لآلية خاصة تعمل عشوائيًّا على تعطيل إحدى كروموسومي X الخاصين بهم أثناء تكونِهما [1]. إذ يستمر أحدهما في العمل والتعبير عن جيناته عند تعطيل الآخر؛ مما يعني ظهور هذه الصفات في جسد الأنثى. وتُسمى عملية التعطيل هذه؛ تعطيل الكروموسوم X. وتستطيع الخلايا التعبير عن جينات الكروموسوم X بشكل مُختلف تمامًا عن بعضها البعض، إذ أن الخلايا لا تحتوي على الكروموسوم X ذاته. وتُسمى هذه العملية بالفسيفسائية الخلوية. وتمنح الفسيفسائية الخلوية الإناث تنوعًا أكبر من أقرانهم الذكور، أي أن لديهم المزيد من الخيارات أثناء التشكُل، والمزيد من الطرق للوقاية من الأمراض [2]. لا داعي للقلق، سنشرح ذلك بالتفصيل!

تخيل قطط الكاليكو - دائمًا ما تكون أنثى. وتتميز أنثاها بنوعين من الجينات المسؤولة عن تحديد لون فرائها. ويتواجد كلا النوعين في كروموسومات X الخاصة بها. كما تتميز ببقع في الفراءٍ باللون البرتقالي أو الأسود؛ نتيجةً لكروموسوم X الذي عُطِّلَ في هذه البقعة من خلايا الشعر. والآن تخيل معي، الكروموسوم X الذي يحصل عليه الجنين من الأم يحمل جين الفراء البرتقالي، والآخر الذي يحصل عليه من الأب يحمل جين الفراء الأسود. ماذا سيحدث؟ بالضبط، سيصير لون بقعة الفراء الموجودة على ظهر القطة، والتي تحتوي على كروموسوم X مُعطل حصلت عليه من الأم؛ أسود! وعلى النقيض، ماذا لو احتوت بعض خلايا الجلد الموجودة على بقعة ذيل القطة على كروموسوم X مُعطل حصلت عليه من الأب؟ بطبيعة الحال، ستُعبر هذه الخلايا عن الجين البرتقالي، وسيكون الفراء برتقاليًّا (الشكل 1). ولا تحدُث عملية تعطيل الكروموسوم X إلا في إناث الثدييات، ومنهم البشر، ويؤثر ذلك على مُعظم الجينات الموجودة على الكروموسوم X.

ما أهمية دراسة عملية تعطيل الكروموسوم X؟

قد تخضع العديد من الجينات للتغيُّرات، التي تُسمى بالطفرات، إذ من الممكن أن تجعل الشخص أكثر عُرضةً للإصابة ببعض الأمراض أحيانًا. ويُطلق على الأمراض التي تُسببها طفرات الجينات الموجودة على الكروموسوم X؛ الأمراض المُرتبطة بالكروموسوم X. تذكر ذلك، لا يُعاني الذكور من تعطيل الكروموسوم X، إذ إنهم لا يمتلكون سوى كروموسوم X واحدًا. وبالتالي، إذا احتوى جسد الذكور على الجين المُسبب للأمراض على الكروموسوم X الخاص بهم، فسيصبح نشطًا وأكثر عُرضةً للتسبب في الإصابة بالأمراض. وعلى الرغم من ذلك، يُساعد تعطيل الكروموسوم X في حماية الإناث من الأمراض المرتبطة به. تخيل امتلاك فتاة لنسخة صحية من الجين الموجود على كروموسوم X واحد؛ ونسخة أخرى متحورة من الجين ذاته على الكروموسوم X الآخر الخاص بها. على أية حال، سيستمر الكروموسوم X الذي يحتوي على نسخة الجين الصحية في نشاطه، وسيُعبر عن هذا الجين كما ينبغي؛ حتى إذا عُطِّلَ الكروموسوم X الذي يحتوي على النسخة المتحورة جراء عملية تعطيل الكروموسوم X. وهذا لا يعني أنها لن تمرض، ولكن ستنخفض نسبة تعرضها للإصابة بالأمراض المُتعلقة بالجين المتحور. وهنا تكمُن أهمية دراسة تعطيل الكروموسوم X! كما قد تُحدِد أنماط التعبير الجيني للمرض الناتج عن تعطيل الكروموسوم X مدى خطورة إصابة الفرد بالأمراض المرتبطة بالكروموسوم X.

ويُعد عمى اللونين الأحمر والأخضر أحد الأمثلة على الأمراض المُرتبطة بالكروموسوم X. وهو مرض لا يستطيع الشخص المُصاب به التمييز بين اللونين الأحمر والأخضر. كما أن المرض المعروف باسم مرض نوري هو مثال آخر على الأمراض المرتبطة بالكروموسوم X؛ وهذا ما درسناه سابقًا. إذ يؤثر هذا المرض على العين، ويؤدي في أغلب الأحيان إلى عمى الأولاد. والمُثير في الأمر أنه يؤثر أيضًا على الفتيات؛ ولكن بمعدل متوسط. ويحدُث هذا المرض بسبب طفرة في جين مُرتبط بالكروموسوم X، معروف باسم نورين (norrin). وقد أردنا فهم الطريقة التي يؤثر بها تعطيل الكروموسوم X على الفتيات اللائي يحملن نسخة خبيثة من الجين المُسبب لمرض نوري. إذ قد يستفيد العلماء من معرفة أنماط الأمراض المختلفة هذه في معرفة المزيد حول سبب إصابة الأشخاص بالأمراض أو تجنبها.

كيف درسنا تعطيل الكروموسوم X، ومرض نوري في تجربتنا؟

يحدُث النمط الناتج عن تعطيل الكروموسوم X في خلايا جسد الأنثى بالكامل في وقتٍ مبكر جدًّا من عملية النمو. مما يعني أن تريليونات الخلايا التي يتألف منها الجسد تُعبر عن جيناتها من كروموسوم X واحد فقط من الاثنين. وقد يحتوي عضوًا كاملًا، أو جزءًا من العضلات، أو جانبًا كاملًا من الدماغ، على نمطٍ ما من ”الجينات المرتبطة بكروموسوم X المستمد من الأم“، و”الجينات المرتبطة بكروموسوم X المستمدة من الأب“. مُذهل حقًّا! لقد أردنا معرفة ما إذا كانت مجموعات من خلايا جسد الأنثى تميل إلى التعبير عن ”جين الأم“، أم ”جين الأب“. وإليكم كيف فعلناها:

استخدمنا الفئران في تجربتنا؛ للسهولة البالغة في التعامل معها في المختبر. واستخدمنا الأصبغة المُلونة لتمييز الكروموسوم X المُستمد من الأم والأب في إناث الفئران. حيثُ لونَّا ”الكروموسوم X المُستمد من الأم“ باللون الأخضر، فيما لونَّا ”الكروموسوم X المُستمد من الأب“ باللون الأحمر.

بحيث لونت الصبغة الحمراء أو الخضراء الكروموسوم X الذي كان يعمل على التعبير عن جيناته؛ أي الكروموسوم X الذي لم يُعطل بواسطة عملية تعطيل الكروموسوم X. ودرسنا أنثى فأر معافاة، وأخرى مُصابة بمرض نوري [4]. وتمكننا من رؤية اللونين الأحمر والأخضر في الخلايا؛ باستخدام مجهر مُتخصص. وتعرفنا بهذه الطريقة على الخلية التي تحتوي على ”الكروموسوم X النشط المُستمد من الأب“، و”الكروموسوم X النشط المُستمد من الأم“. ولونّا الخلايا الموجودة في جميع أجزاء جسد الفأر، مثل: القلب، واللسان، والجلد، ومُقلة العين! وكان من المُثير للاهتمام النظر إلى خلايا مُقلة العين، إذ إن مرض نوري يؤثر على العين، ويسبب العمى. كما فحصنا الصور وناقشنا سبب أهمية هذه الأنماط المختلفة من تعطيل الكروموسوم x في تجربتنا؛ بعد التقاط صور لأجزاء الجسد المُختلفة. على أية حال، تُمثل الخلايا الحمراء والخضراء في الشكل 2 أمثلة على الأنماط الرائعة التي يمكن أن تنشأ عن تعطيل الكروموسوم X!

ويُظهر الشكل 2 بعضًا من نتائج تجربتنا. وتوضح الخلايا الحمراء والخضراء في هذا الشكل الكيفية التي يُمكن أن يختلف بها تعطيل الكروموسوم X داخل أنثى حيوان واحد؛ أو بين الأشقاء. وفي الشكل 2A، يمكنك ملاحظة أنه على الرغم من تشارُك الأختين في الحمض النووي ذاته من والديهما، فإن إحداهما يغلب عليها اللون الأخضر تقريبًا، والأخرى يغلب عليها اللون الأحمر. مما يعني أن الفأر الأخضر يُعبر في الغالب عن جينات ”الكروموسوم X المُستمد من الأم“؛ وأن مُعظم جينات ”الكروموسوم X المُستمد من الأب“ مُعطلة. وعلى النقيض، تجد مُعظم جينات ”الكروموسوم X المُستمد من الأب“ في الفأر الأحمر نشطة، بينما تجد جينات ”الكروموسوم X المُستمد من الأم“ مُعطلة. وهذه هي الطريقة التي قد يُحدث بها تعطيل الكروموسوم X تنوعًا بين الكائنات الحية.

ويُظهر الشكل 2C شبكية مُقل العين لأنثى فأر مُصابة بمرض نوري. إذ يُمكنك أن ترى اللون الأحمر يغلُب على الشبكية اليسرى؛ مما يعني نشاط ”الكروموسوم X المُستمد من الأب“ بشدة في تلك العين. فيما يغلب اللون الأخضر على العين اليسرى؛ مما يعني نشاط ”الكروموسوم X المُستمد من الأم“ في المناطق الخضراء، وبطبيعة الحال؛ تجده مُعطلًا في الخلايا الحمراء! والآن، ما الذي نستنتجه من هذا عن كيفية تأثير تعطيل الكروموسوم X على مرض نوري؟ لنفترض أن ”الكروموسوم X المُستمد من الأب"، المُلون باللون الأحمر؛ يحمل النسخة المُصابة من جين مرض نوري. مما يعني أن الكروموسوم X المُصاب نشط؛ ويُعبر عن جين المرض في الخلايا الحمراء. وكلما زاد عدد الخلايا التي تُعبر عن الجين المُسبب للمرض؛ زاد المرض سوءًا! لذا، بالاستعانة بهذه الصورة، يُمكننا أن نستنتج أن العين اليسرى أشد مرضًا من العين اليمنى في هذا الفأر. وهذا يُفسر لمَ قد يقتصر تأثير المرض على عين واحدة، أو كلتيهما بتفاوت؛ في أنثى مريضة. كما يُفسر تعطيل الكروموسوم X سبب إصابة مريضتين بمرض نوري بدرجات متفاوتة؛ إذ قد تُعاني إحداهما من أعراضٍ حادةٍ، قد تصل إلى العمى، في حين لا تُعاني الأخرى إلا من أعراضٍ طفيفة. وهذا اكتشافٌ مُذهلٌ لتجربتنا.

ماذا تعلمنا أيضًا عن تعطيل الكروموسوم X؟

ودرسنا أيضًا الكيفية التي يُشكل بها تعطيل الكروموسوم X جسد الأنثى خلال مراحل نموها. وأثناء إجراء تجربتنا على الفئران، وجدنا أن الخلايا التي تعبر عن اللون الأخضر أو الأحمر تُوَزع أحيانًا بالتساوي (تمامًا مثل الزينة الحمراء والخضراء على حلوى الكب كيك). بينما تُشكِل الخلايا الحمراء والخضراء بقعًا أو تناسقًا في مناطق أخرى؛ كما في الشكل 2B. لذا، تساءلنا عن سبب ظهور الألوان مُبعثرة في بعض الأحيان؛ ومُجمعةً في أحيانٍ أخرى. ومن خلال بحثنا، أدركنا أن نمط تعطيل الكروموسوم X يعتمد على كيفية تطور أنسجة الجسد. فعندما ينمو الحيوان؛ تتحرك بعض الخلايا مثل خلايا الدم الدم؛ في جميع أجزاء الجسد. بينما لا يتحرك البعض الآخر بكثر عادةً؛ مثل خلايا الجلد، أثناء النمو. مما يعني امتلاك خلايا الدم فرصة الاختلاط مع بعضها البعض، بالإضافة إلى امتلاكها فرصة أكبر لتبدو مثل الزينة الحمراء والخضراء المخلوطة. وقد تتشارك الخلايا التي تظل في منطقة معينة؛ مثل خلايا الجلد، الكروموسوم X المُعطل ذاته، إذ إنها نتجت من الخلية المنقسمة ذاتها. مما يُنتج البُقع الحمراء والخضراء؛ تمامًا مثل نمط فراء قط الكاليكو المُتفاوت؛ أو في أعين المصابين بمرض نوري! والمُذهل في الأمر أن النمط يختلف حتى بين الأشقاء؛ لدرجة أن الإناث المُتماثلة ستمتلك أنماط تعبير جيني مُتفاوتة على الكروموسوم X.

كيف يستفيد الطب والعلوم من دراستنا؟

ماذا يعني هذا كله؟ وكيف يمكن أن يُساعد اكتشافنا لأنماط تعطيل الكروموسوم X في مُساعدة البشر؟ حسنًا، درسنا نشاطًا حيويًّا مُذهلًا يحدث في كافة إناث الثدييات. وقد يستفيد العلماء الباحثون في مجال الأمراض المرتبطة بالكروموسوم X من هذه التقنية التي استخدمناها؛ وهي ترميز ألوان الكروموسوم X. ونأمل أن تُلهم هذه الدراسة الآخرين (ربما علماء المُستقبل، بما فيهم أنت!)؛ لفهم كيفية تأثير تعطيل الكروموسوم X على نمو الدماغ. وسيكون من الشائق أن نفهم الكيفية التي يؤدي بها تعطيل الكروموسوم X إلى وجود الاختلافات في الجانبين الأيمن والأيسر من الدماغ، أو احتمالية تسببه في وجود اختلافات في بنية الدماغ بين الذكور والإناث. ونرى أن معرفة المزيد عن الدور الذي يؤديه تعطيل الكروموسوم X في الإصابة بالمرض سيحسن فهمنا حول الكثير من الأمراض. وعلاوةً على ذلك، قد تؤدي الأبحاث المستقبلية إلى اكتشاف دواء لتنشيط الكروموسوم X المُعطل؛ لمُساعدة الإناث المصابة بالأمراض المرتبطة بالكروموسوم X على التعافي.

مسرد للمصطلحات

الجين (Gene): ↑ قِطَع من الحمض النَّوَوي (DNA)؛ مسؤولة عن تطوير الجسد وإنتاج خصائصه. وتورث الجينات من الآباء لأطفالهم.

كروموسوم تحديد الجنس (Sex Chromosome): ↑ هو جُزيء من الحمض النووي يرّمُز لمجموعة من الجينات التي تُحدد جنس الجنين (الكروموسومان X، وY).

تعطيل الكروموسوم X (XCI): ↑ عملية حيوية تُعطَل فيها إحدى نسختي الكروموسوم X الموجودة لدى إناث الثدييات.

الفُسيفسائية الخلوية (Cellular Mosaicism): ↑ يقصد بها وجود الخلايا في جنينٍ واحد بجينات أو سمات مختلفة. وهي نتيجة لتعطيل الكروموسوم X.

الأمراض المُرتبطة بالكروموسوم X (X-Linked Disease): ↑ هي أمراض وراثية مُرتبطة بالجين المُسبب للأمراض الموجود على الكروموسوم X.

التعبير الجيني (Gene Expression): ↑ هي العملية التي تُستخدم بها المعلومات المُستمدة من الجين لتكوين الخصائص الجسدية للحيوان.

الشبكية (Retina): ↑ هي الطبقة الداخلية من العين؛ والأكثر حساسية في معظم الحيوانات الفقارية. وتتشابه وظيفة الشبكية بوظيفة الفيلم التصويري الموجود بالكاميرا!

إقرار تضارب المصالح

يعلن المؤلفون أن البحث قد أُجري في غياب أي علاقات تجارية أو مالية يمكن تفسيرها على أنها تضارب محتمل في المصالح.