آلية تأثير التمارين الرياضية على تمدد الجسم - ساينسوفيليا
تمدد الخلايا الجذعية بواسطة التمارين تعمل على توسيع الجلد
اعداد وترجمة: احمد سعيد احمد
مراجعة علمية وتدقيق: د. احمد سعيد
تتعرض خلايا أجسامنا لمجموعة من القوى الميكانيكية بما في ذلك الضغط والتمدد التي يجب علي اجسامنا ان تقاومها للحفاظ
على سلامة الأنسجة ووظيفتها.
على سبيل المثال ، يستجيب الجلد لقوى التمدد من خلال عمل التمارين الخاصة لتمدد الجلد والانسجة و لقد استغل الأطباء هذه الاستجابة الخاصة لأكثر من 60 عامًا ، وزرعوا أجهزة شد في الجلد لإحداث توسع في الأنسجة من أجل الجراحة التجميلية أو لإصلاح العيوب الخلقية ولكن لم يُعرف بالضبط كيف تخلق عملية التمدد أنسجة إضافية في الكائن الحي.
فهذا البحث يقدم دليل مقنع (على المستوى الجزيئي ووحيد الخلية وعديد الخلايا) حول كيفية استشعار الخلايا الجذعية في جلد الفئران وتمددها لتكوين نسيج جديد.
على سبيل المثال ، يستجيب الجلد لقوى التمدد من خلال عمل التمارين الخاصة لتمدد الجلد والانسجة و لقد استغل الأطباء هذه الاستجابة الخاصة لأكثر من 60 عامًا ، وزرعوا أجهزة شد في الجلد لإحداث توسع في الأنسجة من أجل الجراحة التجميلية أو لإصلاح العيوب الخلقية ولكن لم يُعرف بالضبط كيف تخلق عملية التمدد أنسجة إضافية في الكائن الحي.
فهذا البحث يقدم دليل مقنع (على المستوى الجزيئي ووحيد الخلية وعديد الخلايا) حول كيفية استشعار الخلايا الجذعية في جلد الفئران وتمددها لتكوين نسيج جديد.
بداية نتعرف علي تركيب جلد الانسان وماهي اهميتة؟
- طبقات الجلد
يتكون الجلد من ثلاث طبقات وهي:
1. طبقة البشرة (Epidermis)
هي الطبقة الخارجية الرقيقة من الجلد، توفر حاجزًا ضد الماء، وهي المسؤولة عن لون البشرة.
تتكون من ثلاث أنواع من الخلايا وهي:
- الخلايا الصبغية (Melanocyte):
وهي الخلايا التي تنتج الميلانين المسؤول عن صبغة الجلد وتوجد بين خلايا الطبقة القاعدية. - خلايا لانجرهانس (Langerhans cells):
هي خط الدفاع الأول للجلد وهي موجودة في الطبقة الشوكية. - خلايا ميركل والأعصاب الحسية (merkel cells and sensory nerves):
موجودة في الطبقة القاعدية، تعمل كمستقبلات ميكانيكية للمس الخفيف أي وظيفتها حسية.
طبقة الخلايا الجذعية التى ترتكز على الغشاء القاعدى وهى مسئولة عن عملية تجدد خلايا البشرة القرنية باستمرار.
2. طبقة الأدمة (The Dermis)
تقع الأدمة تحت البشرة وهي الأكثر سمكًا وتتكون من طبقتين من النسيج الضام وهما الطبقة الوعائية والشبكية.
3. طبقة تحت الجلد (Hypodermis)
هي الطبقة الأعمق من الجلد، تتكون من شبكة من الخلايا الدهنية والكولاجين.
تعمل كعازل يحافظ على حرارة الجسم وامتصاص الصدمات حيث يحمي الأعضاء الداخلية، ويخزن الدهون كاحتياطي للطاقة في الجسم.
تعمل كعازل يحافظ على حرارة الجسم وامتصاص الصدمات حيث يحمي الأعضاء الداخلية، ويخزن الدهون كاحتياطي للطاقة في الجسم.
دراسة كيفية استجابة البشرة للمرونة:
وضع الباحث اراجونا ومجموعة من الباحثين جهازًا يستخدم في العمليات الجراحية البشرية تحت جلد الفئران ثم قاموا بفحص
مؤشرات القوة ، بما في ذلك التغيرات في شكل الخلية ، وهيكل بروتينى حساس ميكانيكيًا يسمى α-catenin ، وشبكة من
بروتينات الكيراتين التي تزود الخلايا بالمرونة الميكانيكية.
كشف هذا التحليل أن الخلايا الجذعية للبشرة تستشعر الضغط والمرونة وتستجيب له بالفعل. لاحظ الباحثون زيادة مؤقتة في انقسام الخلايا الجذعية ، تليها سماكة البشرة وبالتالي ، فإن زيادة تجديد الخلايا الجذعية تعمل على تمايزها.
يتحد التأثيران للحفاظ على حاجز وظيفي في نفس الوقت الذي يتم فيه إنشاء جلد إضافي بعد ذلك ، تم تعديل الخلايا المعدلة وراثيًا في طبقة البشرة القاعدية بحيث تم تمييز الخلايا الجذعية وسلالاتها بشكل فلورسنتى.
أكد تتبع سلالات الخلايا هذه بمرور الوقت أن التمدد يوجه توازن التجديد لصنع المزيد من الخلايا الجذعية هذا ما يفسر سبب استجابة البشرة للتمدد.
كشف هذا التحليل أن الخلايا الجذعية للبشرة تستشعر الضغط والمرونة وتستجيب له بالفعل. لاحظ الباحثون زيادة مؤقتة في انقسام الخلايا الجذعية ، تليها سماكة البشرة وبالتالي ، فإن زيادة تجديد الخلايا الجذعية تعمل على تمايزها.
يتحد التأثيران للحفاظ على حاجز وظيفي في نفس الوقت الذي يتم فيه إنشاء جلد إضافي بعد ذلك ، تم تعديل الخلايا المعدلة وراثيًا في طبقة البشرة القاعدية بحيث تم تمييز الخلايا الجذعية وسلالاتها بشكل فلورسنتى.
أكد تتبع سلالات الخلايا هذه بمرور الوقت أن التمدد يوجه توازن التجديد لصنع المزيد من الخلايا الجذعية هذا ما يفسر سبب استجابة البشرة للتمدد.
يتم تغيير قوة الخلايا الجذعية على المستوى الجزيئي بعدة طرق:
أولاً ، يقوم التمدد بزيادة تعبير الجينات اثناء عملية الالتصاق الخلوى ، والتي تبين عملية الاتصال الخلوى بقوة عند اجراء الاختبارات في المعمل .
ثانيًا ، التعبير عن مكونات الهيكل الخلوي الأكتوميوسين بانها شبكة من خيوط البروتين التي تولد قوى في الخلايا .
كما قام الباحثون بتقييم التغيرات في الكروماتين ، وهو مركب DNA والبروتين الذي يقسم الجينوم في الخلايا, يمكن أن تؤدي هذه التغييرات إلى تغيير التركيب الجيني حيث كشف هذا التحليل أن التمدد تسبب في التعبيرعن شبكة من الجينات التنظيمية التي
تربط تكاثر الخلايا الجذعية بصيانة الجلد .
درس الباحثون بعد ذلك كيف تغير سلالة الفئران ملامح التغيير الجيني للخلايا الجذعية للبشرة ، وذلك عن طريق تسلسل الحمض النووي الريبوزي للخلايا وبيّن هذا أن مجموعة فرعية فقط من الخلايا الجذعية تخضع للتغيرات الجزيئية المرتبطة بحالة التمدد.
لماذا يحدث هذا؟
ربما يواجه أولئك قوة أكبر او ربما توجد الخلايا الجذعية في حالات كيميائية حيوية مختلفة ، وبالتالي فهي أكثر أو أقل حساسية لهذه القوة الكبيرة أو الاختلافات التى تحدث في شكل الخلايا الجذعية والميكانيكا يمكن أن تحدد كيفية استجابة كل خلية للتمدد.
ستتطلب الإجابة على هذا السؤال قياسات القوى الخلوية والصلابة في الجسم الحي ، والتي لا تزال تمثل تحديًا كبيرًا بالإضافة إلى ذلك ، لا يزال من غير الواضح ما إذا كانت الخلايا الجذعية الممددة وحدها مدفوعة للتكاثر - أو ما إذا كانت هذه الخلايا تحفز بعد ذلك على توسع الخلايا الجذعية المحيطة.
الفئران المعدلة وراثيًا فى هذه الدراسة تفتقر إلى Diaph3) و Myh9 ) الجينات المشاركة في تنظيم الهيكل الخلوي الأكتوميوسين وبدون هذه الجينات تكون استجابة الخلايا للتمدد غائبة ، مما أدى إلى خلل في الحاجز الخلوي .
لماذا يحدث هذا؟
ربما يواجه أولئك قوة أكبر او ربما توجد الخلايا الجذعية في حالات كيميائية حيوية مختلفة ، وبالتالي فهي أكثر أو أقل حساسية لهذه القوة الكبيرة أو الاختلافات التى تحدث في شكل الخلايا الجذعية والميكانيكا يمكن أن تحدد كيفية استجابة كل خلية للتمدد.
ستتطلب الإجابة على هذا السؤال قياسات القوى الخلوية والصلابة في الجسم الحي ، والتي لا تزال تمثل تحديًا كبيرًا بالإضافة إلى ذلك ، لا يزال من غير الواضح ما إذا كانت الخلايا الجذعية الممددة وحدها مدفوعة للتكاثر - أو ما إذا كانت هذه الخلايا تحفز بعد ذلك على توسع الخلايا الجذعية المحيطة.
الفئران المعدلة وراثيًا فى هذه الدراسة تفتقر إلى Diaph3) و Myh9 ) الجينات المشاركة في تنظيم الهيكل الخلوي الأكتوميوسين وبدون هذه الجينات تكون استجابة الخلايا للتمدد غائبة ، مما أدى إلى خلل في الحاجز الخلوي .
لاحظت المجموعة البحثية تأثيرات مماثلة في الحيوانات بحيث تفتقر إلى الجينات المشفرة YAP و TAZ ، و / أو التي تم فيها تثبيط MAL – حيث تنتقل عوامل النسخ الثلاثة هذه عادةً إلى النواة لتنظيم التعبير الجيني استجابة للإشارات الميكانيكية. بعد ذلك ، فحص المؤلفون جينات YAP و TAZ و MAL في الفئران التي تفتقر إلى التعبير الجينى Diaph3 و Myh9. حيث لاحظوا انه لم تنتقل عوامل النسخ إلى النواة استجابةً للتمدد في هذه الحيوانات.
وهكذا ، في الجلد الطبيعي ، يُعيد التمدد تنظيم الهيكل الخلوي الأكتوميوسين لتعزيز دخول YAP و TAZ و MAL إلى النواة وتقوم هذه البروتينات بعد ذلك بتنسيق برامج النسخ التي تعزز نمو الجلد وتشكيل الحاجز .
كيف تستجيب خلايا الجلد الجذعية للتمدد ؟
سطح الجلد هو نسيج متعدد الطبقات يسمى البشرة ، والتي تحتوي على خلايا جذعية في طبقتها القاعدية.مثل جميع الخلايا ، تمتلك الخلايا الجذعية شبكة مقلصة من خيوط البروتين تسمى الهيكل الخلوي الأكتوميوسين، وتعبر عن عوامل النسخ YAP و TAZ و MAL. أفادوا أنه في مجموعة فرعية من الخلايا الجذعية للبشرة يتم إعادة تنظيم الهيكل الخلويالأكتوميوسين.
يؤدي هذا بطريقة ما إلى تحفيز حركة YAP و TAZ و MAL إلى النواة. تحفز البروتينات تغييرات التعبير الجيني التي تعزز زيادة تكاثر الخلايا الجذعية وتمايزها في الخلايا التي تنتقل إلى الطبقات العليا من البشرة وتؤدي هذه الاستجابة المزدوجة إلى توسع أنسجة الجلد دون المساس بوظيفة الحاجز الواقي للبشرة.
أخيرًا ، ثبط الباحثون التعبير الجينى MAL أو مسار EGF- المكون لـ ERK في حيواناتهم مما أدى الى تثبيط أي من البروتينات التى تعمل على وقف تكاثر الخلايا الجذعية ، ولكن فقط تثبيط MAL أدى إلى فقدان الحالة الجزيئية "الممتدة" في مجموعة فرعية من الخلايا الجذعية.
وبالتالي ، تنظم MAL استجابة الخلية المتغيرة للإجهاد ، في حين أن كلا من ERK و MAL ضروريان لتعزيز التجديد الذاتي للخلايا الجذعية. سواء كان ERK في اتجاه مجرى YAP و TAZ و MAL ، أو تم تنشيطه مباشرة بواسطة الهيكل الخلوي ، وما إذا كانت إشارات EGF-ERK تعزز التكيف مع الإجهاد في طبقات البشرة العلوية للحفاظ على وظيفة الحاجز أثناء توسع الجلد ، تظل أسئلة مفتوحة.
بشكل عام ، تدعم بيانات الباحثون نموذجًا يتم فيه استشعار التمدد في البداية بواسطة مجموعة فرعية من الخلايا الجذعية.
هذه الخلايا ، من خلال إعادة تنظيم الهيكل الخلوي والتغيرات في التعبير الجيني ، تنسق تجديد الخلايا الجذعية والتمايز مع التكيف مع القوة الميكانيكية التي يتم اختبارها تضمن هذه الاستجابة قدرة الجلد على الحفاظ على وظيفته الوقائية أثناء التمدد.
المصدر:
التعليقات على الموضوع