دراسة عضوانيات الدماغ تسلط الضوء على الدور المحتمل للتفاعل الجيني والبيئي في اضطراب طيف التوحد
جامعة جونز هوبكنز
14 يوليو 2021
المترجم : عدنان أحمد الحاجي
المقالة رقم : 207 لسنة 2021
Brain Organoid Study Highlights Potential Role of Genetic and Environmental Interaction in Autism Spectrum Disorder
July 14,2021
توضح الدراسة طريقة أسرع وأقل تكلفة لاستكشاف الأسباب الجينية «الوراثية» زائد البيئية لاضطراب طيف التوحد والحالات الأخرى
أثبت الباحثون من كلية جونز هوبكنز بلومبرغ للصحة العامة في دراسة عضوانية organoid «انظر [1] » الدماغ أن التعرض لمبيد حشرات شائع يتآزر مع طفرة جينية مألوفة ذات صلة بالتوحد.
تمثل النتائج واحدة من أوضح الأدلة حتى الآن على أن العوامل الجينية «الوراثية» والبيئية قد تكون قادرة على التضافر لإحداث اضطراب في النمو العصبي. يعتقد الباحثون أن العوامل الجينية والبيئية قد تساهم في زيادة انتشار اضطراب طيف التوحد [نسبة انتشاره بين السكان]، وهو اضطراب نمائي يتميز بضعف في الوظائف الادراكية وبضعف اجتماعي[2] وبضعف في التواصل «[3] و[4] ».
استخدام الدراسة لعضوانيات الدماغ تشير أيضًا نحو إجراء تجارب أسرع وأقل تكلفة وأكثر ملاءمة للإنسان في هذا الحقل بالمقارنة بدراسات تقليدية أجريت على الحيوانات.
استخدام المبيد الحشري كلوربيريفوس في الحقول الزراعية
يتكون نموذج الدماغ العضواني، الذي طوره باحثو كلية بلومبيرغ، من كرات من خلايا تمايزت[5] من مزارع خلايا جذعية بشرية وتحاكي نمو الدماغ البشري. وجد الباحثون في الدراسة أن كلوربيريفوس chlorpyrifos «انظر[6] »، وهو مبيد حشرات شائع يُزعم أنه يؤدي إلى السمية العصبية النمائية واحتمال الاصابة بالتوحد ويقلل بشكل درامتكي من مستويات الجين المشفر للبروتين Protein Coding gene «يُعرف ب جين CHD8، انظر[7] » في العضوانيات. جين CHD8 هو منظم للنشاط الجيني الهام في تطور الدماغ. تعد الطفرات في جين البروتين هذا، والتي تقلل من نشاط جين CHD8، من بين أقوى عوامل الخطر الجينية التي تزيد عن 100 عامل من العوامل المسببة للتوحد والتي تم التعرف عليها حتى الآن.
CDH8 جين
الدراسة، التي نشرت في 14 يوليو 2021 في مجلة آفاق الصحة البيئية Environmental Health Perspectives، هي الأولى التي تُثبت في النموذج البشري أن عامل الاحتمال «الخطر» البيئي يمكن أن يضخم تأثير عامل الاحتمال «الخطر» الجيني للإصابة بالتوحد.
”هذه خطوة إلى الأمام في إثبات التفاعل بين الوراثة والبيئة ودورها المحتمل في اضطراب طيف التوحد“، كما تقول قائدة الدراسة لينا سميرنوڤا Lena Smirnova، باحثة مشاركة في قسم الصحة البيئية والهندسة في كلية بلومبيرغ.
اضطراب طيف التوحد كان نادرًا من الناحية السريرية قبل 40 عامًا، ولكنه الآن موجود في ما يقرب من 2٪ من المواليد الأحياء[9] ، وفقًا لمراكز السيطرة على الأمراض والوقاية منها.
”الزيادة في تشخيصات التوحد في العقود الأخيرة يصعب تفسيرها - لا يمكن أن يكون هناك تغيير جيني على مستوى السكان في مثل هذه الفترة الزمنية القصيرة، لكننا أيضًا لم نتمكن من أن نجد تعرضًا بيئيًا يبرر تلك الزيادة في التشخيص بالتوحد بشكل كاف كما يقول المؤلف المشارك للدراسة توماس هارتونغ Thomas Hartung، دكتوراه في الطب، وبرفسور ورئيس في قسم الصحة البيئية والهندسة في كلية بلومبرغ.“ بالنسبة لي آنا، أفضل تفسيرًا ينطوي على مجموعة من العوامل الجينية والبيئية"، يقول هارتونغ.
كيف تتفاعل العوامل البيئية والقابليات الجينية لزيادة احتمال التشخيص باضطراب طيف التوحد لا تزال غير معروفة في الغالب، ويرجع ذلك جزئيًا إلى صعوبة دراسة هذه التفاعلات [بين العوامل الجينية والبيئية]. التجارب التقليدية على حيوانات المختبر هي تجارب باهظة الثمن وملاءمتها محدودة للبشر، وخاصة بالنسبة للاضطرابات التي تنطوي على الدماغ والإدراك cognition.
التقدم في أساليب الخلايا الجذعية في العقود الماضية أتاح للباحثين استخدام خلايا الجلد البشري التي يمكن تحويلها أولاً إلى خلايا جذعية ثم إلى أي نوع من الخلايا [عملية تُعرف بالتمايز الخلوي، انظر [5] ] تقريبًا ودراستها في المختبر. في السنوات الأخيرة، توسع الباحثون إلى ما وراء استنبات الخلايا في طبق مختبر بسيط لاستنبات عضوانيات ثلاثية الأبعاد تمثل تعقيد الأعضاء البشرية بشكل أفضل.
في دراستهم، استخدم الباحثون عضوانيات الدماغ لنمذجة تأثيرات اضطراب جين CHD8 جنبًا إلى جنب مع التعرض للمبيد الحشري كلوربيريفوس. قامت مجموعة بقيادة المؤلف المشارك هربرت لاخمان Herbert Lachman، البرفسور في كلية ألبرت أينشتاين للطب، بهندسة الخلايا المتكونة منها العضوانيات منزوعة واحدة من نسختي جين CHD8 الطبيعيتين normal. شكّل هذا نموذجًا لإضعاف كبير في نشاط جين CHD8 ولكنه لا يرتقي الى اضعاف كلي للجين، على غرار ما لوحظ في الأشخاص الذين لديهم طفرات في جين CHD8 والتوحد. ثم قام الباحثون بدراسة التأثير الإضافي للتعرض للمبيد الحشري كلوربيريفوس، والذي لا يزال يستخدم على نطاق واسع في المنتجات الزراعية في الولايات المتحدة وخارجها.
”الجرعات العالية والتعرضات التجريبية قصيرة الأمد لا تعكس وضع الحياة الواقعي، لكنها تعطينا نقطة انطلاق لتحديد الطفرات الجينية التي قد تجعل الأشخاص أكثر حساسيةً للمواد السامة في البيئة“، كما تقول سميرنوڤا. ”الآن يمكننا استكشاف كيف تتفاعل الجينات الأخرى مع المواد السامة المحتملة في المستقبل.“
وجد الباحثون أن عضوانيات الدماغ التي تحتوي على نسخة واحدة فقط من جين CHD8 تحتوي على ثلثي المستوى الطبيعي جين CHD8 في خلاياها، لكن التعرض للكلوربيريفوس أدى إلى انخفاض مستويات جين CHD8 كثيرًا، مما أدى إلى تحويل الندرة المعتدلة إلى حادة. التعرض إلي المبيد الحشري أثبت بوضوح كيف يمكن أن يؤدي العامل البيئي إلى تفاقم تأثير العامل الجيني، مما يؤدي على الأرجح إلى تفاقم تطور الاضطراب وأعراضه.
كجزء من دراستهم، قام الباحثون بتجميع قائمة من جزيئات موجودة في الدم والبول وأنسجة من الدماغ التي بينت الدراسات السابقة أنها مختلفة في المشخصين بالتوحد. ووجدوا أن مستويات العديد من المؤشرات الحيوية الظاهرة للتوحد قد تم تغييرها «تعديلها altered» أيضًا بشكل كبير في العضوانيات بسبب نقص جين CHD8 أو التعرض للكلوربيريفوس، وبالأحرى لكيلهما.
”بهذا المعنى، أثبتنا أن التغييرات في هذه العضوانيات تعكس التغيرات التي لوحظت في المشخصين بالتوحد“، كما تقول سميرنوڤا.
النتائج، وفقًا للباحثين، تمهد الطريق لمزيد من الدراسات بشأن التفاعلات بين العوامل الجينية والبيئة في المرض باستخدام العضوانيات المشتقة من الإنسان.
”إن استخدام نماذج ثلاثية الأبعاد، مشتقة من الإنسان، شبيهة بالدماغ مثل تلك الموجودة في هذه الدراسة هي طريقة جيدة للمضي قدمًا لدراسة التفاعل بين العوامل الجينية والبيئية في التوحد واضطرابات النمو العصبي الأخرى“ كما يقول هارتونغ.
