پیش از آنکه نهالها بتوانند از نور خورشید انرژی بگیرند، به اسیدهای چرب ذخیرهشده وابستهاند و برای پردازش این اسیدها به ساختاری به نام پراکسیزوم نیاز دارند. حالا محققان دانشگاه رایس دریافتهاند که یک پروتئین کوچک به نام PEX11 نه تنها به تقسیم این اندامکها کمک میکند، بلکه اندازه آنها را در مراحل اولیه رشد گیاه مهار میکند. این کشف میتواند درک ما را از بیماریهای انسانی مرتبط با پراکسیزومها نیز تغییر دهد.
پروتئین PEX11؛ کلید کنترل اندازه پراکسیزومها
گیاه آرابیدوپسیس که در این تحقیق استفاده شده، سلولهای بزرگی دارد و پراکسیزومهای آن به قدری بزرگ هستند که با میکروسکوپ نوری قابل مشاهدهاند. بانی بارتل، استاد علوم زیستی دانشگاه رایس، میگوید: «پراکسیزوم در مرحله تبدیل دانه به نهال حتی بزرگتر میشود و پس از شروع فتوسنتز دوباره به اندازه طبیعی بازمیگردد.» تیم تحقیقاتی او در مقالهای که در Nature Communications منتشر شده، نشان دادهاند که PEX11 فراتر از نقش شناختهشدهاش در تقسیم پراکسیزوم، در تنظیم انبساط و انقباض آن در طول رشد اولیه گیاه نیز نقش دارد.
چالش مطالعه ژنهای چندگانه
برخلاف بسیاری از پروتئینها، PEX11 توسط پنج ژن مختلف کدگذاری میشود. ناتان تارپ، نویسنده اول مقاله و دانشجوی فارغالتحصیل دانشگاه رایس، با استفاده از تکنیک پیشرفته CRISPR ترکیبات مختلفی از این پنج ژن را غیرفعال کرد. او توضیح میدهد: «تنها زمانی که توانستم ترکیبات خاصی از ژنها را هدف قرار دهم، متوجه شدیم که PEX11 به وضوح در کنترل رشد پراکسیزوم در مرحله دانه به نهال نقش دارد.»
پراکسیزومهای غولپیکر و راز وزیکولها
در گیاهان جهشیافته، پراکسیزومها در مرحله بحرانی رشد بزرگ شدند اما برخلاف حالت عادی، به اندازه اولیه خود بازنگشتند و در برخی موارد از یک سر سلول تا سر دیگر کشیده شدند. این سلولها فاقد وزیکولهای کوچک غشاداری بودند که معمولاً در داخل پراکسیزوم هنگام پردازش اسیدهای چرب تشکیل میشوند. تارپ میگوید: «وزیکولها با برداشتن تکههایی از غشای بیرونی، احتمالاً به کنترل اندازه پراکسیزوم کمک میکنند. در جهشیافتههای ما، این وزیکولها تشکیل نمیشوند یا بسیار کوچکاند و در نتیجه پراکسیزومهای عظیمی میبینیم.»
پیوند تکاملی با انسان و مخمر
نکته شگفتانگیز این است که وقتی محققان نسخه مخمری پروتئین PEX11 را به گیاهان جهشیافته وارد کردند، مشکل بزرگشدگی پراکسیزومها برطرف شد. این یافته نشان میدهد مکانیسم کنترل اندازه پراکسیزوم از نظر تکاملی در گونههای مختلف از جمله انسان محافظت شده است. از آنجا که اختلال در عملکرد پراکسیزومها با برخی بیماریهای انسانی مانند اختلالات پراکسیزومی مرتبط است، این کشف میتواند راه را برای پژوهشهای جدید در زمینه پزشکی و مهندسی زیستی هموار کند.
