پژوهشگران با مطالعه در مورد قطعه‌ای از پروتئین بیماری هانتینگتون در گیاهان، راه تازه‌ای را برای جلوگیری از تشکیل توده های پروتئینی آسیب زا پیدا کردند. پروتئین گیاهی ویژه‌ای که توسط این تیم شناسایی شد این توانایی را دارد که از تشکیل ترکیبات آسیب زا در گیاهان و همچنین در برخی از مدل‌های شبیه‌ سازی بیماری هانتینگتون جلوگیری کند و پتانسیل این رویکرد را به عنوان راهی برای درمان بیماری هانتینگتون نشان دهد.

چرا باید بیماری هانتینگتون را در گیاهان مطالعه کرد؟

گیاهان به محیط بیرونی خود متصل‌ هستند و به معنی واقعی کلمه ریشه در خاک دارند. بنابراین در شرایط چالش‌ برانگیز محیطی مانند نور و گرمای بیش از حد، سرمای شدید و جانوران مزاحم توانایی جا‌به‌جا شدن را ندارند.

گیاهان برای مقابله با این سختی‌های محیطی راه‌های زیرکانه‌ای به دست‌ آورده‌اند که آنها را نسبت به شرایط مخاطره‌آمیز تاب آور ساخته است. بسیاری از گیاهان توانایی عمر بسیار طولانی را دارند و این نکته دانشمندان را برانگیخت تا با مطالعه آنها در جستجوی کلید و یافتن داروهای جدید برای بیماری‌های سالمندی انسانی باشند.

بیماری هانتینگتون به دنبال افزایش غیرطبیعی تکرار توالی CAG در ژن هانتینگتین رخ می‌دهد که منجر به تولید بیش از حد پروتئین هانتینگتین می‌شود. پروتئین افزایش یافته‌ی هانتینگتین‌ ‌می‌تواند منجر به تشکیل توده‌های پروتئینی شود. به باور دانشمندان، این رسوبات پروتئینی هستند که منجر به آسیب های متفاوت برای سلول‌های ما و ایجاد علايم و نشانه‌های بیماری هانتینگتون می‌شوند. در این پژوهش، گروهی از دانشمندان ساکن شهر کلن آلمان این موضوع را مورد بررسی قرار دادند که آیا تاب آوری گیاهان می‌تواند از پس آسیب‌های ناشی از رسوبات مخرب پروتئین هانتینگتون بر بیاید؟

گیاهانی که پروتئین هانتینگتون را تولید می‌کنند به رشد طبیعی خود ادامه می‌دهند.

در قدم اول، دانشمندان گیاهانی را طراحی کردند که به صورت مصنوعی قطعه‌ای از پروتئین هانتینگتون را تولید می‌کردند. آنها گیاهانی را پرورش دادند که دارای توالی بسیار طولانی CAG مانند انسانی مبتلا به هانتینگتون جوانان (۶۹) بودند. همچنین گروهی را جهت مقایسه با گروه قبل پرورش دادند که دارای طولانی ترین توالی CAG موجود به طور طبیعی در گیاهان بودند که در انسان‌ها بیماری‌زا نیست. (۲۸)

دانشمندان متوجه شدند که در شرایط طبیعی هر دوی این گروه از گیاهان دستکاری شده، به رشد مشابهی دست ‌می‌یابند و هیچ توده پروتئینی مخربی در سلول‌های گیاهی تشکیل نمی‌شود. آنها همچنین متوجه شدند که ساخته‌ شدن پروتئین‌های بیماری هانتینگتون در گیاهان منجر به فعال سازی هیچ کدام از پاسخ‌های دفاعی در گیاهان نمی‌شود. با این حال پژوهشگران مشاهده کردند که اگر گیاهان را در معرض عوامل آسیب زای اضافی مانند گرمای زیاد قرار دهند توده‌های پروتئینی آسیب زا در هر دو فرم پروتئین هانتینگتون در گیاهان ساخته خواهد شد.

پروتئين‌های بیماری هانتینگتون در درون کلروپلاست با سیستم‌های پاکسازی گیاهی ارتباط برقرار می‌کنند.

برخلاف سلول‌های انسانی، سلول‌های گیاهی از اجزا ویژه ای به نام کلروپلاست بهره‌مند هستند که مسئولیت دریافت نور برای رشد و ساخت مواد مغذی گیاهی بر عهده آن‌هاست. در داخل کلروپلاست ها سازوکارهای تخصص یافته‌ای وجود دارند که با برقراری تعادل در سطح پروتئین ها و پاکسازی پروتئین های آسیب دیده و مضر موجب استمرار رشد مناسب گیاه می‌شوند.

دانشمندان متوجه شده اند که این سازوکار پاکسازی داخل سلولی تعامل زیادی با پروتئین های گسترش یافته هانتینگتون برقرار می‌کند و این ارتباط علاوه بر کلرپلاست در بخش‌های دیگر سلول گیاهی دیده می‌شود.

به طور مشخص ارتباط بین پروتئین هانتینگتون و آنزیمی به نام SPP دیده شد که وظیفه آن قطعه قطعه کردن پروتئین‌ها در پروسه پاکسازی سلولی است. این گروه پژوهشی با استفاده از میکروسکوپ، محل پروتئین هانتینگتون را در سلول های گیاهی بررسی کردند. آن‌ها مشاهده کردند که مقدار زیادی از پروتئین هانتینگتون داخل سلول در در اطراف کلروپلاست‌ها تجمع پیدا کرده است. این مشاهده می‌تواند بیانگر این باشد که شاید این کلروپلاست‌ها هستند که گیاه را قادر می‌سازند تا با چالش ساخته شدن پروتئین هانتینگتون مقابله کند.

مداخله در کار کلروپلاست موجب تجمع پروتئین‌ هانتینگتون می‌شود.

در مرحله بعد، دانشمندان چگونگی پردازش پروتئین هانتینگتون توسط کلروپلاست ها را بررسی کردند. آنها در مطالعات خود مشاهده کردند که کلروپلاست ها می توانند پروتئین هانتینگتون را هنگامی که از نزدیکی آن ها عبور می‌کند را جذب کنند و سپس آن را از بین ببرند.

آن‌ها سپس این موضوع را مورد بررسی قرار دادند که ایجاد مانع در کار کلروپلاست برای پاکسازی پروتئین‌ها یا انتقال مولکول‌ها به داخل و خارج سلول، چه پیامدی خواهد داشت. آنها با مواد شیمیایی مختلف و با استفاده از روش‌های متفاوت کلروپلاست ها را از کار انداختند و در همه موارد تجمع پروتئین هانتینگتون و ایجاد توده‌های پروتئینی آسیب زا را مشاهده کردند. این مشاهدات با شواهد بیشتری نشان داد که کلروپلاست ها در برخورد با پروتئین هانتینگتون اهمیت به سزایی دارند.

راهی تازه برای کاهش توده‌های پروتئین هانتینگتون

مولکول SPP می تواند به پاکسازی پروتئین در گیاهان کمک کند واین در مورد با پروتئین هانتینگتون نیز مشاهد شد. بنابراین آیا SPP می تواند به مقابله با توده های پروتئین هانتینگتون در موارد دیگر کمک کند - مثلاً در محیط کشت و یا در یک مدل حیوانی بیماری هانتینگتون؟

در بخش پایانی مطالعه، دانشمندان ژن SPP را در شبیه سازی‌های متفاوت بیماری هانتینگتون اضافه کردند تا ببینند چه اتفاقی برای پروتئین هانتینگتون می افتد. آنها ابتدا سلول های انسانی را در محیط کشت مورد بررسی قرار دادند و مشاهده کردند که SPP تجمع توده های پروتئینی را متوقف می کند.

در نهایت، آنها با دستکاری‌های ژنتیکی کرم‌های میکروسکوپی ساختند که پروتئین هانتینگتون را تولید می‌کردند، گروهی از آنها دارای توانایی ساخت SPP بودند و گروهی فاقد این توانایی ، کرم‌های دارای SPP توده‌های پروتئینی بسیار کمتری تولید کردند و می‌توانستند بهتر از کرم‌های گروه دیگر حرکت کنند.

تمام این‌ها چه معنایی دارد و چه چیزی در راه است؟

راه درازی در پیش است تا آن زمان فرا برسد که برای درمان علائم افراد مبتلا به بیماری هانتینگتونSPP تجویز شود.

با این حال، تیم تحقیقاتی این مطالعه بر این باورند که با تحقیق روی گیاهانی که از توانایی تحمل شرایط سخت برخوردار هستند، ممکن است بینش‌های ارزشمندی برای درمان بیماری‌های انسانی پیدا کنند.

این رویکرد گیاهی مبتکرانه و کمی غیرمعمول می تواند نویدبخش پیشرفت درمان های جدید احتمالی برای بیماری هایی مانند هانتینگون باشد.