التيلوميرات والتيلوميراز والسرطان

التيلوميرات والتيلوميراز والسرطان

يعمل إنزيم غير عادي يسمى تيلوميراز على أجزاء من الصبغيات

(الكروموسومات) تعرف بالتيلوميرات. تبيّن حديثا وجود هذا الإنزيم في

كثير من الأورام البشرية وينظر إليه الآن كهدف جديد لعلاج السرطان.

<W .C. گريدر> ـ <H .E. بلاكبيرن>

 

في الطبيعة، عادة لا تكون الأشياء على النحو الذي تبدو عليه. فصخرة في قاع البحر قد تكون سمكة سامة؛ وزهرة بديعة في الحديقة قد تكون آكلة لحم ترقد منتظرة الفريسة. وتمتد تلك المظاهر الخادعة لتشمل مكونات خلوية معينة بما في ذلك الصِّبْغِيّات ـ أي خيوط الدنا DNA الطولية المحتوية على الجينات. ففي وقت ما، كان الدنا عند النهايات الطرفية للصبغيات يبدو ساكنا إلا أنه في معظم الكائنات التي دُرست كانت أطراف الصبغيات المسماة التيلوميرات (القسيمات الطرفية) Telomeres دائمة التغير؛ فهي تقصر وتطول بصورة متواترة.

 

خلال السنوات الخمس عشرة الماضية، أظهرت البحوث المتعلقة بهذا التواتر عددا من الاكتشافات المدهشة. فعلى وجه الخصوص، أدت إلى تمييز إنزيم غير عادي يسمى تيلوميراز Telomerase  يعمل على التيلوميرات، ويعتقد أنه يلزم لديمومة كثير من السرطانات البشرية. أدى هذا الاكتشاف إلى ظهور كثير من التكهنات بأن العقاقير القادرة على تثبيط هذا الإنزيم قد تستطيع محاربة مجال واسع من الخباثات (الأورام الخبيثة). وتشير الدراسات أيضا إلى إمكان أن يلعب، أحيانا، التغير في طول التيلومير مع الزمن دورا في شيخوخة الخلية البشرية.

 

الاهتمام الحديث بالتيلوميرات والتيلوميراز له جذوره في التجارب التي أُجريت في الثلاثينات بوساطة اثنين من علماء الوراثة البارزين: <B. ماك كلينتوك > التي كانت حينذاك في جامعة ميسوري بولاية كولومبيا الأمريكية و<J .H. مولّر> الذي كان حينذاك في جامعة إدنبرة ببريطانيا. كان العالمان يعملان مستقلين على كائنات حية (عضويات) مختلفة وأدرك كل منهما أن الصبغيات تحمل في أطرافها مكونا خاصا يوفر لها الثبات. صاغ مولّر تعبير تيلومير من الكلمة اليونانية (Telos) المرادفة لكلمة “نهاية” end و (meros) المرادفة لكلمة “جزء” part. لاحظت ماك كلينتوك أنه من دون قلنسوات Caps النهايات الطرفية فإن الكروموسومات يلتصق أحدها بالآخر، وتدخل في تغيرات تركيبية (بنيوية) ويشذ سلوكها بطرق أخرى. وهذه الفعاليات تهدد البقاء والتضاعف الأمين للصبغيات وبالتالي الخلية التي تحويها.

 

وحتى السبعينات ـ على كل حال ـ لم يكن التركيب الدقيق للتيلوميرات قد تم تحديده بعد. ففي عام 1978 وجدت إحدانا (بلاكبيرن) ـ التي كانت تعمل حينذاك مع <G .J. جال> بجامعة ييل ـ أن التيلوميرات الخاصة برباعية الغشاءTetrahymena، وهي كائن مهدب وحيد الخلية يعيش في البرك، تحتوي على تتابع بسيط مفرط القصر من النيوكليوتيدات ـ هو TTGGGGـ متكررا عددًا من المرات (النيوكليوتيدات هي أحجار البناء للدنا ويرمز عموما لكل منها بأحرف مفردة تشير إلى القواعد الكيميائية التي تميز نيوكليوتيدة عن أخرى. فالقاعدة في النيوكليوتيدات T هي الثيمين thymine وقاعدة النيوكليوتيدات G هي الجوانينguanine).

 

منذ ذلك الحين، تمكن العلماء من تمييز تيلوميرات العديد من المخلوقات بما في ذلك الحيوانات والنباتات والكائنات المكروية (الصغرية). وكما هي الحال في رباعية الغشاء، فإن جميع التيلوميرات تقريبا بما في ذلك الخاصة بالفئران والإنسان وغيرهما من الفقاريات تشتمل على وحدات جزئية (تحت وحدات) قصيرة متكررة تكون عادة غنية بالنيوكليوتيدات T و G [انظر: “The Human Telomere,” by Robert K. Moyzis; Scientific American, August 1991].

 

فعلى سبيل المثال، تُظْهِر تيلوميرات الإنسان والفأر التتابع TTAGGG في حين تُظْهِر تيلوميرات الديدان الأسطوانية (المستديرة) roundworms التتابع TTAGGC(يشير الحرف A إلى القاعدة أدنين adenine والحرف C إلى القاعدة سيستوسينcystosine).

 

تقوم التيلوميرات، أي قلنسوات caps أطراف الصِّبْغِيّات (الكروموسومات)، بمنع الصبغيات من الالتصاق أحدها بالآخر وإلا ستتداخل بطرق تهدد ثباتها. توضح الصورة أعلاه التيلوميرات في خلية جلدية بشرية حيث تظهر بألوان زاهية. الصورة، المأخوذة بالمسح المجهري الليزري المتبائر (متحد البؤرة)، عبارة عن تراكب من القطاعات البصرية عبر النواة، حيث يمثل كل لون عمقا مختلفا.

 

بحثاً عن التيلوميراز

الإنزيم تيلوميراز ـ وهو حاليا محط كثير من الاهتمام ـ كان قد وجد عندما أشارت مقارنة أطوال التيلوميرات إلى أن مثل هذا الإنزيم يمكن أن يحل لغزا طويل الأمد في البيولوجيا (علم الحياة). ففي أوائل الثمانينات، أوضحت البحوث أنه لسبب ما، يختلف عدد الوحدات الجزئية المتكررة في التيلوميرات بين الكائنات وحتى بين الخلايا المختلفة في الكائن نفسه. إضافة إلى ذلك، قد يتغير العدد في خلية واحدة عبر الزمن (على الرغم من ذلك، فلكل نوع speciesمتوسط average يميزه. فلرباعية الغشاء متوسط قدره 700 متكررة في التيلومير وللإنسان متوسط قدره 20000 متكررة). إن عدم التجانس المشاهَد قاد بلاكبيرن (التي انتقلت لجامعة كاليفورنيا في بيركلي) و <V .J. سوزتاك> (من جامعة هارڤارد)  و<J. شامباي> (في بيركلي) لاقتراح حل جديد لما كان يسمى بمشكلة تضاعف النهاية end-replication.

 

يحمل الإنزيم تيلوميراز قالبه الخاص (القرمزي) لتركيب الدنا التيلوميري، وهنا يصل الإنزيمُ التتابعَ TTGGGG (الذهبي الغامق) بأحد صبغيات رباعي الغشاء Tetrahymena. يقوم الإنزيم تيلوميراز بإضافة نيوكليوتيدات متكاملة مع تلك الموجودة في القالب ـ أي يُقابِل النيوكليوتيدات T بالنيوكليوتيدات A والنيوكليوتيدات G بالنيوكليوتيدات C.

 

تتعلق المشكلة بحقيقة أن الخلايا يجب أن تُضاعِف جيناتها بدقة عند كل انقسام بحيث تتسلم ما تسمى بالخلية البنت daughter cell  طاقما جينيا كاملا. فمن دون طاقم كامل من الجينات قد تختل الخلية البنت وظيفيا وتفنى. (الجينات هي التتابعات النيوكليوتيدية المنتجة للبروتينات ولجزيئات الرناRNA وهي الجزيئات التي تقوم بمعظم الوظائف الخلوية. وتتبعثر الجينات في الصبغي على اتساع جزيء الدنا DNA الذي يحده من الجانبين تيلوميرا الصبغي.)

 

وفي عام 1972 لاحظ <D .J. واطسون > (أثناء عمله في جامعة هارڤارد وفي مختبر كولد سبرنگ هاربر) أن إنزيمات بلمرة الدنا، وهي الإنزيمات التي تقوم بمضاعفته، لا تستطيع نسخ الصبغيات الطولية على مدى طولها حتى الطرف. لذا فإن آلية التضاعف تترك منطقة صغيرة عند النهاية (قطعة من التيلومير) من دون نسخ [انظر ما هو مؤطر في الصفحة المقابلة]. ونظريا، إذا لم تتوافر للخلايا طريقة تُعوِّض بها هذا الزيغ quirk فإن الصبغيات ستتقاصر مع كل دورة انقسامية للخلية. وفي النهاية سيؤدي هذا التآكل إلى فقدان التيلوميرات وجينات هامة في بعض أنسال هذه الخلايا، وسوف تهلك تلك الخلايا معلنة نهاية ذلك التسلسل الخلوي. من الواضح أن الأنواع الوحيدة الخلية المعرضة لمثل هذا التقاصر بمقدورها مقاومته وإلا لكانت قد اختفت منذ أمد بعيد. ينطبق هذا أيضا على خلايا النسيج التكاثري germ-line cells (مثل الطلائع الأولية للحيوان المنوي والبويضات) الذي يحافظ على ديمومة النوع في الكائنات العديدة الخلايا. ولكن كيف تحمي مثل هذه الخلايا تيلوميراتها؟

 

بالنسبة لبلاكبيرن وسوزتاك وشامباي، فإن تذبذبات طول التيلومير تعد علامة على أن الخلايا تحاول الحفاظ على حجم التيلوميرات ثابتا تقريبا. نعم، التيلوميرات تتقاصر خلال الانقسام الخلوي، ولكنها أيضا تطول نتيجة لاتصال وحدات جزئية تيلوميرية جديدة التركيب. وقد اشتبه الباحثون في أن مصدر هذه المتكررات الإضافية عبارة عن إنزيم غير مكتشف بعد له القدرة على القيام بحيلة لا تستطيع إنزيمات بلمرة الدنا القيام بها.

 

عندما تضاعف الخلايا صبغياتها التي تتكون من خيطين (شريطين) من الدنا أحدهما ملتف حول الآخر، فإنها تبدأ بفصل الحلزون المزدوج، ثم تستعمل إنزيمات البلمرة كلا من هذين الخيطين الأبويين كقالب لبناء خيط جديد زميل لكل من الخيطين. والإنزيم الخاص بتركيب المتكررات الإضافية للتيلومير يجب أن يكون بمقدوره بناء امتدادات لخيوط الدنا المفردة من العدم من دون الاستفادة من وجود الدنا القالب.

 

كيف يحل الإنزيم تيلوميراز المشكلة

يقترح أحد الأنساق لكيفية حل الإنزيم تيلوميراز مشكلة تضاعف النهاية أن الإنزيم يضيف الدنا إلى الصبغيات قبل بداية التضاعف. ويتكون الدنا المضاف من واحد أو أكثر من الوحدات الجزئية التيلوميرية: أي التتابع النيوكليوتيدي القصير الذي يتكرر مرات ومرات في التيلوميرات. تؤدي هذه الإضافة إلى ضمان أن يكون الخيط البنتي بطول الخيط الأبوي على الأقل.

في عام 1984 قام كلانا في مختبر <بلاكبيرن> ببيركلي بمحاولة التيقن من وجود هذا الإنزيم الافتراضي الذي يطيل التيلومير والمسمى تيلوميراز. ولغبطتنا، اكتشفنا أنه موجود بالفعل. فعندما خلطنا تيلوميرات اصطناعية مع مستخلص خلايا رباعية الغشاء وجدنا أن التيلوميرات قد اكتسبت وحدات جزئية جديدة، تماما كما هو متوقع إذا ما كان الإنزيم الافتراضي موجودا.

 

وعبر السنوات العديدة اللاحقة، عرفنا مع زملائنا الكثير عن طريقة عمل الإنزيم تيلوميراز. فهو، مثل كل إنزيمات البلمرة وتقريبا كجميع الإنزيمات، يتكون أساسا من البروتين ويتطلب أن يكون هذا البروتين فعالا وظيفيا؛ ولكنه يتميز بخاصية احتوائه على جزيء مفرد من الرنا RNA (من أبناء عمومة الدناDNA)يشتمل على القالب النيوكليوتيدي الضروري لبناء الوحدات الجزئية التيلوميرية. يقوم الإنزيم تيلوميراز بوضع طرف أحد خيطي الدنا على جزيء الرنا RNA ثم يقوم بتوجيه موضعه بطريقة تجعل القالب يقبع مجاورا لهذا الطرف. عندئذ يقوم الإنزيم بإضافة نيوكليوتيدة واحدة كل مرة إلى أن تتكون وحدة جزئية (تحت وحدة) تيلوميرية كاملة. وعندما تكتمل الوحدة الجزئية، يمكن للإنزيم تيلوميراز وصل وحدة أخرى بأن ينزلق إلى النهاية الجديدة للصبغي ويعاود تكرار سيرورة (عملية) الاصطناع.

 

مشكلة تضاعف النهاية

تنجم ما تسمى بمشكلة تضاعف النهاية عن عدم قدرة الآلية القائمة لمضاعفة الصبغيات على أداء العملية بصورة كاملة. فعندما تقوم الإنزيمات التي تعرف بإنزيمات بلمرة الدنا DNApolymerases بنسخ الخيطين الأصليين أو “الأبوين” parent للدنا الصبغي، فإنها تترك كلا من الخيطين “البنتيين” daughter الجديدين متقاصرين عند أحد الطرفين (عادة الطرف الموسوم 5+). فإذا لم تعوّض الخلايا هذا الزيغ في آلية التضاعف، فإن الصبغيات ستنكمش. فوجود التيلوميراز، وهو الإنزيم الذي يطيل التيلوميرات, اقتُرح في أوائل الثمانينات كحل لمشكلة تضاعف النهاية. 1 استنساخ الدنا الصبغي، الموضح تخطيطيا، يبدأ من مناطق تعرف بمناطق الأصل للتضاعف، والتي تنفصل عندها الخيوط الأبوية. يكون تركيب كل خيط بنتي مستمرا (الأسهم السوداء) على أحد جانبي المنطقة وغير مستمر (الأسهم الحمراء) على الجانب المضاد.

 

التيلوميراز والشيخوخة البشرية

في عام 1988 غادرت گريدر جامعة بيركلي إلى مختبر كولد سبرنگ هاربر، ولاحقا وجدت مجموعتنا وآخرون الإنزيم تيلوميراز في هَدْبِيّات مختلفة عن رباعية الغشاء وأيضا في الخميرة والضفادع والفئران. وفي عام 1989 اكتشف<B .G. مورين> (من جامعة ييل)، ولأول مرة، وجود هذا الإنزيم في خط خلوي سرطاني بشري أي في خلايا خبيثة حُفِظَت لأجيال عديدة في أطباق المزارع الخلوية. واليوم اتضح أن الإنزيم تيلوميراز تقوم بتركيبه تقريبا كل الكائنات ذات الخلايا المُنَوّاة nucleated. قد يختلف التركيب الدقيق لهذا الإنزيم من نوع لآخر ولكن كل صورة تحتوي على قالب رنا متخصص للنوع الواحد لبناء المتكررات التيلوميرية.

 

والآن أصبحت أهمية الإنزيم تيلوميراز لكثير من الكائنات الوحيدة الخلية أمرا غير قابل للجدل. فمثل هذه الكائنات خالدة، أي أن بمقدورها الانقسام إلى ما لانهاية، باستثناء الحوادث أو ما ينحم عن تدخل الوراثيين في حياة هذه الكائنات. وكما أوضح <L-G. يو> من أعضاء المجموعة البحثية في بلاكبيرن، فإن رباعية الغشاء تحتاج إلى الإنزيم تيلوميراز لتحتفظ بخلودها. وعندما يتحور (يتبدل) هذا الإنزيم، تنكمش التيلوميرات وتفنى الخلايا. وقد بينت مجموعة بلاكبيرن، وغيرهم، في الخمائر yeasts أن الخلايا التي ينقصها الإنزيم تيلوميراز يحدث فيها تقاصر تيلوميري وتهلك. ولكن ما الدور الذي يلعبه الإنزيم تيلوميراز في الجسم البشري الذي يتكون من أعداد غفيرة من أنواع الخلايا والذي هو أكثر تعقدا من رباعية الغشاء والخمائر.

 

من المثير للدهشة أن كثيرا من الخلايا البشرية ينقصها التيلوميراز. اكتشفت گريدر وآخرون ذلك في أواخر الثمانينات عندما قاموا بجمع كل خيوط البحث معا والتي كان الباحثون في فيلادلفيا قد بدؤوها قبل ذلك بأكثر من 25 عاما. فقبل التسعينات، كان يعتقد أن الخلايا البشرية التي تتضاعف بالجسم يمكنها الانقسام إلى ما لانهاية. في ذلك الوقت، أوضح <L. هايفليك> ومعاونوه (في معهد ويستار) بما لا يقبل الشك أن هذا الاعتقاد غير صحيح. واليوم من المعروف أن الخلايا الجسدية (التي لا تشكل جزءا من النسيج التكاثري) المأخوذة من حديثي الولادة (الولدان) ستنقسم 80 إلى 90 مرة في المزرعة الخلوية في حين أن الخلايا المأخوذة من أفراد عمرهم 70 سنة من المرجح أن تنقسم 20 إلى 30 مرة فقط. فعندما تتوقف الخلايا البشرية القادرة على الانقسام عن التكاثر ـ أو وفقا لكلمات هايفليك تصبح “مسنة” فإنها تبدو مختلفة وتقوم بوظائفها بكفاءة أقل مما كانت تفعل في الشباب وبعد فترة تموت.

 

 

وفي السبعينات، ربط أحد العلماء الروس وهو <M .A. أولفنيكوف> هذا التوقف المبرمج لانقسام الخلية بمشكلة تضاعف النهاية end-replication  مفترضا  أن الخلايا الجسدية البشرية ربما لا تقوم بتصحيح التقاصر الصبغي الذي يحدث عندما تُضاعِف الخلية محتواها من الدنا. فربما الانقسام يقف عندما تتيقن الخلايا من أن صبغياتها صارت شديدة القصر.

 

لم نكن على دراية بفكرة أولفنيكوف حتى عام 1988 عندما قام <B .C. هارلي> (الذي كان حينذاك في جامعة ماك ماستر) بإطلاع گريدر على هذه الفكرة. أثارت هذه الفكرة الفضول وقررت گريدر وهارلي ومعاونوهما النظر فيما إذا كانت الصبغيات تتقاصر مع الزمن في الخلايا البشرية.

 

بالتأكيد، فقدت معظم الخلايا الجسدية الطبيعية التي اختبروها مقاطع من تيلوميراتها عند انقسامها في المزارع الخلوية، وهي علامة على عدم نشاط الإنزيم تيلوميراز. وبالمثل، وجدت هذه المجموعة من الباحثين ومجموعة<D.N. هاستي> من مجلس البحوث الطبية (MRC) في أدنبره، أن التيلوميرات في بعض النسج (الأنسجة) البشرية الطبيعية تنكمش مع تقدم الناس في العمر [زيادة في تأكيد ذلك، أوضح <J .H. كوك> (من مجلس البحوث الطبية) أن التيلوميرات ظلت سليمة في خلايا النسيج التكاثري]. وتشير هذه النتائج إلى أن الخلايا البشرية ربما تُحصي عدد مرات الانقسام بإحصاء عدد المتكررات التيلوميرية التي تفقدها وربما توقف انقسامها عندما يتدهور التيلومير إلى طول حرج. ولكن البرهان الأكيد على هذا الاحتمال لم يتم التوصل إليه بعد.

 

هل يكون اختزال التيلوميرات واختزال القدرة على إطالتها مع مرور الزمن سببا للشيخوخة البشرية؟ ربما لا يكون هذا هو السبب الرئيسي. وعلى أي حال، بمقدور الخلايا، عادة، الانقسام لمرات أكثر مما هو مطلوب في فترة حياة الإنسان. ومع ذلك، فإن الأداء الوظيفي للجسم الأكبر عمرا قد يختل أحيانا نتيجة أن بعض الخلايا أصبحت مسنة. فمثلا، التئام الجروح الموضعية يمكن أن يختل نتيجة اختزال عدد الخلايا المتاحة لبناء جلد جديد في موضع الجرح، كما أن اختزال بعض كريات الدم البيضاء يمكن أن يسهم في التدهور المناعي المرتبط بالشيخوخة. علاوة على ذلك، من المعروف أن تصلُّب الشرايين يحدث أساسا في المواضع التي تأذت (تضررت) فيها جُدُر الأوعية الدموية. من الواضح أن الخلايا في المواضع التي تتعرض للأذية المتكررة تستهلك في النهاية كل قدرتها التضاعفية بحيث تفشل الأوعية أخيرا في تعويض الخلايا المفقودة، عندها يصبح الأذى مستديما ويستقر تصلب الشرايين.

 

العلاقة بالسرطان

يشتبِه بعض الباحثين في أن فقدان القدرة على التكاثر والتي لوحظت في الخلايا البشرية التي ينقصها الإنزيم تيلوميراز ربما تكون قد نشأت ليس بغرض أن تجعلنا هرمين وإنما لمساعدتنا على تجنب السرطان. فالسرطانات تنشأ عندما تكتسب الخلية طفرات وراثية متعددة تؤدي في مجملها إلى هروب الخلية من الضوابط الطبيعية للتضاعف والهجرة. وعندما تتضاعف الخلية ونسلها بطريقة غير محكومة، يصبح بإمكانها غزو وتدمير النُّسج القريبة. وبعضها يمكنه الانفلات والتحرك إلى أجزاء من الجسم لا تنتمي إليها، مكونة بذلك خباثات جديدة (نقائل metastases) في مواقع بعيدة. نظريا، يؤدي غياب الإنزيم تيلوميراز إلى إعاقة نمو الأورام بأن يجعل الخلايا المنقسمة باستمرار تفقد التيلوميرات الخاصة بها وتستسلم قبل أن تُحْدِثَ تلفا محسوسا. أما إذا كانت الخلايا السرطانية تصنع الإنزيم تيلوميراز، فسيكون باستطاعتها الاحتفاظ بالتيلوميرات الخاصة بها ويصبح بإمكانها البقاء إلى ما لانهاية.

 

نوقشت فكرة أن الإنزيم تيلوميراز قد يكون هاما لاستدامة السرطانات البشرية منذ عام 1990، ولكن الدليل على ذلك لم يصبح دامغا حتى وقت قريب. ففي عام 1994 أوضح <M .Ch. كونتر> و< S. باتشين >وهارلي ورفاقهم (في جامعة ماك ماستر) أن الإنزيم تيلوميراز كان نشيطا ليس فقط في خطوط الخلايا السرطانية المحتفظ بها مختبريا وإنما في الأورام المبيضية بالجسم البشري أيضا. وفي فترة لاحقة من تلك السنة، اكتشفت مجموعات الباحثين التي يقودها هارلي (الذي انتقل إلى شركة جيرون في كاليفورنيا) و <W .J. شاي> (من جامعة تكساس في المركز الطبي ساوث وسترن بدالاس) وجود الإنزيم تيلوميراز في 90 من بين 101 عينة من الأورام البشرية (تمثل 12 طرازا مختلفا من الأورام) في حين لم يكن الإنزيم موجودا في أي من 50 عينة من النسج الجسمية الطبيعية (تمثل أربعة طرز نسيجية).

 

يقترح نموذج تنظيم طول التيلومير في البشر أن خلايا النسيج التكاثري (النسيج الأزرق في الصورة اليسرى) تصنع الإنزيم تيلوميراز وتحافظ على التيلوميرات بامتداد طويل. وعلى النقيض، فكثير من الخلايا الجسمية، أي غير التناسلية (المنحنى الذهبي الغامق)، يفترض أنه ينقصها الإنزيم تيلوميراز وبالتالي تنكمش تيلوميراتها مع مرور الزمن. وأخيرا، تدخل معظم الخلايا الجسمية مرحلة الهرم فيتوقف الانقسام وتدخل في تغيرات أخرى. قد تستمر الخلايا الشاذة (المنحنى الذهبي الفاتح) في الانقسام على الرغم من ذلك. وكثير منها سيفقد المتكررات التيلوميرية إلى أن تصل إلى نقطة الأزمة وتموت. ولكن إذا بدأت الخلايا المختلة في تصنيع الإنزيم تيلوميراز، فإنها تستطيع التضاعف إلى ما لانهاية (المنحنى الأخضر). وهذه الخاصية التي وُجدت في كثير من خلايا الأورام، تعرف بالخلود الخلوي. تُظْهِر الصور الموجودة في الأعلى خلايا جسمية شابة (في اليسار) وخلايا مسنة (في الوسط) وخلايا ورمية خالدة (في اليمين).

 

وحتى قبل التوصل إلى هذا الدليل، كان الباحثون قد بدؤوا باستكشاف بعض التفاصيل الخاصة بالكيفية التي قد يسهم بها الإنزيم تيلوميراز في السرطان. وقد أشار هذا العمل إلى أن الإنزيم تيلوميراز ربما يصير فعّالا بعد أن تفقد الخلية كوابح التكاثر.

 

كان أول دليل هو الاكتشاف المحير في البداية والذي توصل إليه بصورة مستقلة كل من<T. دي لانج>، حاليا في جامعة روكفلر، ومجموعة هاستي. ففي عام 1990 أوضح هؤلاء الباحثون أن التيلوميرات في الأورام البشرية كانت أقصر من التيلوميرات في النسج الطبيعية المحيطة بها ـ أحيانا بصورة كبيرة.

 

فسّرت دراسات مختبرات گريدر وباتشيتي وهارلي لماذا كانت التيلوميرات قصيرة إلى هذه الدرجة. فقد استحث الفريق البحثي خلايا طبيعية بشرية لتكوين بروتين ڤيروسي يجعل الخلية تهمل إشارات التنبيه التي تحدثها لإيقاف الانقسام. استمرت هذه الخلايا المستحثة في التكاثر لفترة طويلة متجاوزة مرحلة الهرم (الشيخوخة). وفي معظم الخلايا، تقاصرت التيلوميرات بدرجة كبيرة ولم يكن الإنزيم تيلوميراز موجودا وفي النهاية ماتت الخلايا. وعلى الرغم من ذلك، ظلت بعض الخلايا حية بعد وفاة قريباتها، وأصبحت خالدة. في تلك الخلايا الناجية الخالدة، كانت التيلوميرات باقية ولكن بطول شديد القصر وكان الإنزيم تيلوميراز موجودا.

 

تبين هذه النتائج أن التيلوميرات في الخلايا السرطانية تكون صغيرة لأن الخلايا تقوم بتركيب الإنزيم تيلوميراز فقط بعد أن تكون قد بدأت التضاعف من دون ضابط، عندئذ تكون الخلايا قد فقدت عددا كبيرا من الوحدات الجزئية التيلوميرية. وعندما ينشط الإنزيم أخيرا، يؤدي إلى ثبات التيلوميرات التي تم اقتضابها بشدة مما يسمح للخلايا المتكاثرة بأن تصبح خالدة.

 

أدت هذه النتائج وغيرها إلى تصميم نموذج جذاب إلا أنه مازال افتراضيا فيما يختص بالتنشيطيْن الطبيعي والخبيث للإنزيم تيلوميراز بوساطة الجسم البشري. فوفقا لهذا النموذج، يتم تصنيع الإنزيم تيلوميراز بصورة روتينية بوساطة الخلايا التكاثرية في الجنين المتنامي. وما إن يكتمل تكوين الجسم حتى يتم كبت الإنزيم تيلوميراز في كثير من الخلايا الجسمية، وتتقاصر التيلوميرات كلما تكاثرت هذه الخلايا. وعندما تختزل التيلوميرات إلى الحد الحرج، يتم إطلاق إشارة تمنع الخلية من الانقسام ثانية.

 

ولكن إذا ما أدت طفرة وراثية محفِّزة للسرطان إلى إيقاف صدور إشارات الأمان أو سمحت للخلية بإهمالها، فإن الخلايا تتفادى الدخول في مرحلة الهرم الطبيعية وتستمر في الانقسام وستبقى افتراضيا تفقد تتابعات تيلوميرية وتدخل في تحورات (تبدلات) صبغية تسمح بحدوث طفرات سرطانية أخرى. وعندما تُفْقَد التيلوميرات تماما أو تقريبا بالكامل فقد تصل الخلايا إلى النقطة التي تتحطم عندها وتموت.

 

ولكن إذا ما أدى الاختلال الوراثي في فترة ما قبل الأزمة إلى تصنيع الإنزيم تيلوميراز فلن تفقد الخلايا تيلوميراتها تماما بل سيتم إنقاذ تيلوميراتها المتقاصرة والمحافظة عليها. بهذه الكيفية تكسب الخلايا المشوشة وراثيا خاصية الخلود المميزة للسرطان.

 

تَشَكَّل هذا السياق بصفة عامة من الأدلة، إلا أنه ولمرة أخرى قد لا تكون الأشياء على النحو الذي تبدو عليه تماما. فبعض الأورام المتقدمة التي ينقصها الإنزيم تيلوميراز وبعض الخلايا الجسمية ـ على وجه الخصوص كريات الدم المعروفة بالبالعات (اللاقمات) الكبيرة macrophages واللمفاويات ـ وجد مؤخرا أنها تصنع الإنزيم. ومع ذلك، فعندما توزن الأمور فإن الأدلة مجتمعة تشير إلى أن كثيرا من الخلايا الورمية تحتاج إلى الإنزيم تيلوميراز كي تستطيع الانقسام إلى ما لانهاية.

 

طموحات لعلاج السرطان

إن وجود الإنزيم تيلوميراز في مختلف السرطانات البشرية، وغيابه في كثير من الخلايا الطبيعية يعني أن الإنزيم يمكن استخدامه كهدف جيد للعقاقير المضادة للسرطان. فالمواد التي بمقدورها إعاقة الإنزيم تيلوميراز قد تقتل الخلايا السرطانية (بأن تسمح بانكماش التيلوميرات واختفائها) من دون الإخلال بالقدرات الوظيفية لكثير من الخلايا الطبيعية. وعلى النقيض من ذلك، تؤدي معظم الأدوية المضادة للسرطان الموجودة حاليا إلى اختلال الخلايا الطبيعية إضافة إلى الخلايا الخبيثة مما يجعلها، عادة، شديدة السمية. إضافة إلى ذلك، فإن مثل هذه المواد قد يكون بمقدورها العمل ضد مجال واسع من الأورام لأن الإنزيم تيلوميراز موجود في عديد من السرطانات.

 

وهذه الإمكانات المثيرة يتم استكشافها حاليا بنشاط من قبل شركات الأدوية والتقنية الحيوية، إلا أنه لا بد من الإجابة عن عدد من الأسئلة. وعلى سبيل المثال، يجب على الباحثين تحديد أي نوع من الخلايا الطبيعية (بخلاف الأنواع القليلة التي تم بالفعل تمييزها) يقوم بتركيب الإنزيم تيلوميراز، كما أنهم بحاجة إلى تقدير أهمية هذا الإنزيم لهذه الخلايا. فإذا كان الإنزيم تيلوميراز هاما للخلية بدرجة كبيرة، فقد يثبت أن العقاقير التي تتداخل مع عمله سامة بدرجة غير مقبولة. وبالرغم من ذلك، فقد يؤدي قصر التيلوميرات في خلايا أورام معينة إلى تفادي هذه المشكلة. فالعوامل (المواد) المثبطة للإنزيم تيلوميراز قد تؤدي إلى فقدان الخلايا السرطانية لتيلوميراتها وفنائها، وذلك قبل أن تفقد الخلايا الطبيعية ذات التيلوميرات الأكبر طولا قدرا من التيلوميرات يكون كافيا لإحداث آثار ضارة بها.

 

على الباحثين أيضا، أن يوضِّحوا أن تثبيط الإنزيم تيلوميراز بمقدوره تدمير الأورام المنتِجة للإنزيم كما هو متوقع. ففي الشهر9/1995، أوضح هارلي وگريدر ومعاونوهما أن عاملاً مثبطًا أدى إلى انكماش التيلومير في خلايا الأورام بالمزارع الخلوية وأن الخلايا التي تأثرت قد ماتت بعد نحو 25 دورة انقسامية. أما بلاكبيرن ـ التي تعمل حاليا في جامعة كاليفورنيا بسان فرانسيسكو ـ ومجموعتها، فقد وجدت أن الخلايا تقوم أحيانا بتعويض فقدان الإنزيم تيلوميراز. فالخلايا تقوم بإصلاح النهايات المتقاصرة لصبغياتها بوسائل أخرى مثل العملية التي يُطْلَق عليها التأشيب (التوليف) recombination والتي يحصل فيها الصبغي على الدنا من صبغي آخر. فإذا كان تنشيط الممر البديل لإنقاذ التيلومير يحدث بتواتر في الأورام الإنسانية فإن العلاج الذي يستهدف الإنزيم تيلوميراز سيفشل.

 

يجب أن تساعد الدراسات التي تُجرى على الحيوانات على حل هذه المشكلات. ويجب أن تُسْهِم أيضا في بيان ما إذا كانت مثبطات الإنزيم تيلوميراز ستزيل الأورام من الجسم الحي وما إذا كانت ستقوم بذلك بسرعة كافية لكي تمنع السرطانات من إتلاف نسج هامة.

 

ولإنتاج عوامل (مواد) توقِف نشاط الإنزيم تيلوميراز في الجسم البشري يجب أن تتوافر للباحثين صورة أكثر وضوحا عن كيفية قيام الإنزيم بوظيفته بالضبط: كيف يَرتبِط بالدنا؟ وكيف “يقرر” عدد الوحدات الجزئية (تحت الوحدات) التيلوميرية التي سيضيفها؟ إن دنا النواة مرصع بكل أنواع البروتينات بما في ذلك بعضها الذي يرتبط بالتيلومير بصفة خاصة. فما الدور الذي تلعبه البروتينات المرتبطة بالتيلومير للتحكم في نشاط الإنزيم تيلوميراز؟ وهل سيؤدي تحوير أنشطتها إلى اختلاف استطالة التيلومير؟ في غضون السنوات العشر المقبلة، نتوقع أن نعرف الكثير عن التفاعلات بين مختلف الجزيئات التي تؤثر في طول التيلومير.

 

إن البحوث المتعلقة بتنظيم حجم التيلومير يمكن أن تؤدي إلى فوائد تتجاوز العلاجات الجديدة للسرطان. فالأسلوب الشائع في العلاج الجيني لعديد من الأمراض يشتمل على استخلاص الخلايا من المريض ثم إدخال الجين المرغوب فيه إليها ثم إعادة الخلايا المصحَّحة وراثيا إلى المريض. ولكن كثيرا ما تكون الخلايا المُسْتَخْلَصة ضعيفة التكاثر في المختبر. وربما سيؤدي إدخال الإنزيم تيلوميراز بمفرده أو في توفيقه مع عوامل أخرى، إلى التحسن المؤقت في القدرة التضاعفية للخلية بحيث يمكن إعطاء المريض أعدادا أكبر من الخلايا العلاجية.

 

قطعت البحوث الحديثة عن التيلوميرات شوطا بعيدا منذ التمييز المبدئي للدنا المتكرر بنهايات الصبغيات في الكائن الوحيد الخلية الذي يعيش في البرك. إن استطالة التيلوميرات بوساطة الإنزيم تيلوميراز الذي كان يعتبر في البداية مجرد ميكانيكية ذكية تستطيع بوساطتها كائنات وحيدة الخلية المحافظة على صبغياتها، ثبت أنه ـ كما هي الحال دائما ـ على غير ما يبدو. فالإنزيم تيلوميراز، في الحقيقة، عبارة عن الوسيلة الرئيسية التي عن طريقها تحمي الخلايا المُنَوّاة (ذات النوى) لمعظم الحيوانات المقاطع الطرفية لصبغياتها. والآن، فإن دراسة هذه العملية التي كانت تُعَدُّ غامضة في وقت ما، قد تقود إلى استراتيجيات جديدة لمحاربة مجال واسع من السرطانات.

 

في بداية الثمانينات، لم يكن العلماء ليشرعوا في تشخيص علاجات ممكنة مضادة للسرطان عن طريق دراسة استدامة صبغيات رباعية الغشاء. إن البحوث الخاصة بالإنزيم تيلوميراز تذكرنا بأنه في دراسة الطبيعة، ليس بوسع المرء أن يتوقع متى وأين سيتم الكشف عن عمليات أساسية. فأنت لا تدري متى سيتضح أن الحصاة التي وجدتها عبارة عن إحدى الجواهر.

 

 المؤلفتان

Carol W. Greider – Elizabeth H. Blackburn

بدأتا التزامل عام 1983 عندما انضمت گريدر إلى مختبر بلاكبيرن في جامعة كاليفورنيا ببيركلي. إن گريدر الحاصلة على الدكتوراه في البيولوجيا الجزيئية عام 1987، تشغل حاليا منصب عضو رفيع في هيئة الباحثين بمختبر كولد سبرنگ هاربر. أما بلاكبيرن فحاصلة على الدكتوراه في البيولوجيا الجزيئية عام 1975 من جامعة كامبريدج وهي أستاذة للميكروبيولوجيا والمناعة في جامعة كاليفورنيا بسان فرانسيسكو منذ عام 1990 ورئيسة للقسم منذ عام 1993.

 

مراجع للاستزادة 

IDENTIFICATION OF A SPECIFIC TELOMERE TERMINAL TRANSFERASE ACTIVITY IN TETRAHYMENA EXTRACTS. Carol W. Greider and Elizabeth H. Blackburn in Cell, Vol. 43, Part 1, pages 405-413; December 1985.

IN VIVO ALTERATION OF TELOMERE SEQUENCES AND SENESCENCE CAUSED BY MUTATED TETRAHYMENA TELOMERASE RNAS. G.-L. Yu, J. D. Bradley, L. D. Attardi and E. H. Blackburn in Nature, Vol. 344, pages 126-132; March 8, 1990.

TELOMERASE, CELL IMMORTALITY AND CANCER. C. B. Harley, N. W. Kim, K. R. Prowse, S. L. Weinrich, K. S. Hirsch, M. D. West, S. Bacchetti, H. W. Hirte, C. W. Greider, W. E. Wright and J. W. Shay in Cold Spring Harbor Symposia in Quantitative Biology, Vol. LVIX, pages 307-315;1994.

TELOMERES. Edited by E. H. Blackburn and C. W. Greider. Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1995.

Scientific American, February 1996