دانشمندان اخیراً سازگاری ژنتیکی منحصربه‌فردی را در اسب‌ها کشف کرده‌اند که می‌تواند توضیحی برای توانایی‌های ورزشی فوق‌العاده آن‌ها باشد. این سازگاری، که پیش‌تر تنها در ویروس‌ها مشاهده شده بود، به اسب‌ها امکان می‌دهد تا سیگنال توقف زودهنگام ژنتیکی را نادیده بگیرند و به تولید پروتئین‌های کامل ادامه دهند.
درباره اسب‌ها بیشتر بخوانیم
مسیر ژنتیکی NRF2/KEAP1 و نقش آن در محافظت سلولی
مسیر ژنتیکی NRF2/KEAP1 در تمام مهره‌داران یافت می‌شود و نقش حیاتی در محافظت از سلول‌ها در برابر استرس اکسیداتیو ایفا می‌کند. این مسیر همچنین در تنظیم متابولیسم و تولید انرژی نقش دارد.
عملکرد پروتئین‌های NRF2 و KEAP1
NRF2 پروتئینی است که سلول‌ها را از گونه‌های فعال اکسیژن (ROS) محافظت می‌کند؛ مولکول‌های ناپایداری که به DNA آسیب می‌زنند و در فعالیت‌هایی مانند ورزش تجمع می‌یابند. KEAP1 به‌عنوان حسگری عمل می‌کند که میزان در دسترس بودن NRF2 را برای کمک به پاسخ سلول‌ها به استرس تنظیم می‌کند.
ارتباط با بیماری‌های چشمی
دکتر الیا دوه، استاد چشم‌پزشکی در مؤسسه چشم ویلمر در پزشکی جانز هاپکینز، اظهار داشت: «ما مدت‌هاست که NRF2 و KEAP1 را مطالعه می‌کنیم، زیرا این دو در بیماری‌های شبکیه مانند دژنراسیون ماکولا و رتینوپاتی دیابتی بسیار مرتبط هستند.» او افزود: «NRF2 برای مقابله با استرس اکسیداتیو و همچنین برای متابولیسم میتوکندری، تنفس و تولید انرژی اهمیت دارد.»
سازگاری ژنتیکی نادر در اسب‌ها
با استفاده از توالی‌یابی ژنتیکی، پژوهشگران جهش خاصی را در ژن KEAP1 در اسب‌ها، الاغ‌ها و گورخرها شناسایی کردند. این جهش یک کدون توقف زودهنگام را معرفی می‌کند؛ بخشی از DNA که مانند علامت «توقف» عمل می‌کند و معمولاً تولید پروتئین را زودتر از موعد پایان می‌دهد.
تأثیر کدون‌های توقف زودهنگام
زمانی که چنین کدونی در اوایل یک ژن ظاهر می‌شود، پروتئین حاصل اغلب بسیار کوتاه است و عملکرد مناسبی ندارد. در انسان‌ها، این کدون‌های توقف زودهنگام با حدود ۱۱٪ از بیماری‌های ارثی مرتبط هستند، از جمله بیماری‌هایی مانند فیبروز کیستیک و دیستروفی عضلانی.
راه‌حل تکاملی اسب‌ها
به‌طور شگفت‌انگیزی، اسب‌ها راه‌حلی تکاملی یافته‌اند. به‌جای توقف تولید پروتئین KEAP1، سلول‌های آن‌ها سیگنال توقف را بازنویسی می‌کنند و اجازه می‌دهند ژن به تولید پروتئین کامل و عملکردی ادامه دهد. این فرآیند، که به‌عنوان «خوانش از کدون توقف» شناخته می‌شود، در حیوانات بسیار نادر است و پیش از این تنها در ویروس‌ها مستند شده بود.
بهبود عملکرد انرژی و استقامت
تحلیل‌های مولکولی بیشتر بر روی سلول‌های اسب نشان داد که این بازنویسی ژنتیکی منجر به تولید پروتئین KEAP1 کارآمدتری می‌شود که به‌شدت به گونه‌های فعال اکسیژن پاسخ می‌دهد.
افزایش فعالیت NRF2
این امر به نوبه خود فعالیت NRF2 را افزایش می‌دهد؛ پروتئینی محافظ که به سلول‌ها در تولید انرژی و مقابله با آسیب‌های اکسیداتیو کمک می‌کند. نتیجه نهایی: سیستمی سلولی بهینه‌شده برای نیازهای شدید استقامت اسب.
تأثیر بر سرعت و استقامت اسب‌ها
مسیر تقویت‌شده NRF2/KEAP1 در اسب‌ها به آن‌ها کمک می‌کند تا نیازهای شدید انرژی خود را در حین ورزش برآورده کنند و در عین حال آسیب‌های سلولی ناشی از چنین فعالیت‌هایی را به حداقل برسانند. به گفته تیم تحقیقاتی، این می‌تواند توضیح دهد که چگونه اسب‌ها چنین سرعت و استقامت استثنایی را تکامل داده‌اند.
بهبود سلامت انسان
یافته‌های مربوط به ژنتیک اسب‌ها فراتر از ارائه بینش در زیست‌شناسی اسب‌ها هستند؛ آن‌ها ممکن است درهای جدیدی به سوی درمان‌های پزشکی باز کنند. همان مکانیزم ژنتیکی که به اسب‌ها اجازه می‌دهد یک کدون توقف زودهنگام را دور بزنند، می‌تواند به‌طور بالقوه در انسان‌ها برای درمان انواع بیماری‌های ارثی ناشی از جهش‌های مشابه به کار گرفته شود.
طراحی داروها یا درمان‌های ژنی
با درک اینکه چگونه اسب‌ها به‌طور طبیعی یک سیگنال توقف ژنتیکی را نادیده می‌گیرند، پژوهشگران ممکن است بتوانند داروها یا درمان‌های ژنی طراحی کنند که این فرآیند را تقلید کنند.
کاربرد در بیماری‌های مزمن و مرتبط با سن
فراتر از اختلالات ژنتیکی نادر، این مطالعه همچنین اهمیت گسترده‌تر مسیر NRF2/KEAP1 را در بیماری‌های مزمن و مرتبط با سن برجسته می‌کند. از آنجا که NRF2 نقش مرکزی در پاسخ به استرس سلولی و متابولیسم انرژی ایفا می‌کند، هدف قرار دادن این مسیر ممکن است راه‌های جدیدی برای درمان شرایطی مانند دژنراسیون ماکولا، بیماری‌های قلبی-عروقی یا حتی اثرات پیری ارائه دهد.
ژنتیک اسب و پزشکی انسانی
این کشف خوانش از کدون توقف در اسب‌ها نمونه‌ای چشمگیر از چگونگی یافتن راه‌حل‌های هوشمندانه توسط تکامل برای چالش‌های زیستی است. تا کنون، چنین مکانیزمی تصور می‌شد که محدود به ویروس‌ها است، که از آن برای تولید چندین پروتئین از یک توالی ژنتیکی استفاده می‌کنند.
اهمیت پزشکی گسترده‌تر
این واقعیت که اسب‌ها توانایی مشابهی را توسعه داده‌اند، نشان می‌دهد که این استراتژی ممکن است کاربرد گسترده‌تری داشته باشد و از نظر پزشکی مهم‌تر از آنچه قبلاً تصور می‌شد باشد.
پل زدن بین زیست‌شناسی حیوانات و پزشکی انسانی
همان‌طور که پژوهشگران به بررسی کامل پیامدهای این سازگاری تکاملی ادامه می‌دهند، کار آن‌ها به پر کردن شکاف بین زیست‌شناسی حیوانات و پزشکی انسانی کمک می‌کند و بینش‌های جدیدی در مورد عملکرد و آسیب‌شناسی ارائه می‌دهد.
این مطالعه در نشریه Science منتشر شده است.
