به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، فرآیند پیری اساساً توسط ناپایداری ژنومی و تجمع آسیب DNA هدایت می‌شود که به تدریج عملکرد سلولی و بافتی را مختل می‌کند. سلول‌ها برای مقابله با این چالش‌ها به پاسخ آسیب DNA (DDR) وابسته‌اند، شبکه‌ای چندلایه که یکپارچگی ژنوم را حفظ کرده و هموستازی را پایدار می‌سازد. در این چارچوب، نوکلئازها و هلیکازها نقش‌های محوری و مکمل ایفا می‌کنند؛ با بازسازی ساختارهای غیرعادی DNA، تولید واسطه‌های قابل دسترس برای تعمیر و تعیین سرنوشت سلول اعم از تعمیر وفادار، آپوپتوز یا سنسنس. نقص در این آنزیم‌ها در سندرم‌های پروژروئید انسانی مشهود است، جایی که جهش‌های ارثی منجر به فنوتیپ‌های پیری زودرس می‌شوند. این پدیده در مدل‌های موشی مهندسی‌شده ژنتیکی نیز بازتولید شده که تخریب بافتی، خستگی سلول‌های بنیادی و اختلال متابولیک را نشان می‌دهند. فراتر از عملکردهای تعمیر کانونیک، هلیکازها و نوکلئازها با اپی‌ژنوم تعامل دارند؛ بازسازی کروماتین ناشی از آسیب DNA، دسترسی آنزیمی را تغییر می‌دهد، تنظیم رونویسی را مختل کرده و رانش اپی‌ژنتیک پیشرونده و سیگنالینگ التهابی مزمن را هدایت می‌کند. علاوه بر این، اختلال عملکرد آن‌ها خستگی جمعیت سلول‌های بنیادی بزرگسال مانند هماتوپوئتیک، عصبی و مزانشیمی را تسریع می‌کند. در نتیجه، بازسازی بافتی تضعیف شده و چرخه‌ای خودتقویت‌کننده از سنسنس، تعمیر مختل و پیری ارگانیسمی ایجاد می‌شود. تحقیقات فعلی بر توسعه استراتژی‌های درمانی متمرکز است که محور DDR-پیری را هدف قرار می‌دهند: تعدیل مستقیم مسیرهای تعمیر، تنظیم پیامدهای پایین‌دستی سنسنس یا پیشگیری از تجمع آسیب DNA در بالادست. شواهد از بیماری انسانی، مدل‌های حیوانی، مطالعات مولکولی و مداخلات فارماکولوژیک نشان می‌دهد نوکلئازها و هلیکازها نه تنها برای حفظ ژنوم ضروری‌اند بلکه در شکل‌دهی مسیرهای پیری تعیین‌کننده هستند. این دانش ارزشمندی در مورد چگونگی تأثیر مسیرهای تعمیر مولکولی بر طول عمر ارگانیسمی و بیماری‌های مرتبط با سن فراهم می‌کند. 

مقدمه بر آسیب DNA به عنوان محرک اصلی پیری
پیری فرآیندی چندعاملی و وابسته به زمان است که توسط تجمع پیشرونده آسیب‌های ماکرومولکولی هدایت می‌شود. این فرآیند به نه نشانه اصلی نسبت داده می‌شود: ناپایداری ژنومی، کوتاه شدن تلومر، تغییرات اپی‌ژنتیک، اختلال در سیگنالینگ داخل‌سلولی، از دست رفتن پروتئوستازیس، تنظیم مختل مواد مغذی، اختلال عملکرد میتوکندری، خستگی سلول‌های بنیادی و سنسنس سلولی. سنسنس سلولی محرک اساسی پیری و بیماری‌های مرتبط با سن است و به عنوان خروج برگشت‌ناپذیر سلول‌ها از چرخه سلولی و از دست دادن ظرفیت تکثیری به دلیل تجمع مزمن آسیب تعریف می‌شود. ابتدا به عنوان مکانیسمی سرکوب‌کننده تومور توصیف شد که توسط فرسایش تلومر، آسیب DNA یا استرس آنکوژنیک فعال می‌گردد، اکنون دارای پیامدهای دوگانه شناخته می‌شود. در حالی که تکثیر سلول‌های آسیب‌دیده یا بالقوه بدخیم را متوقف می‌کند، می‌تواند به اختلال بافتی، پیری و پاتولوژی‌های مرتبط با سن منجر شود به دلیل توسعه فنوتیپ ترشحی مرتبط با سنسنس (SASP). SASP شامل سیتوکین‌ها، کموکین‌ها، پروتئازها و فاکتورهای رشد است که التهاب مزمن، فیبروز و سنسنس ثانویه در سلول‌های مجاور را ترویج می‌دهد. ترشح این فاکتورها می‌تواند مفید یا مضر باشد: ابتدا در تعمیر بافت و نظارت ایمنی کمک می‌کند، اما فعالیت طولانی SASP محیط پروالتهابی ایجاد می‌کند که به پیری و بیماری‌هایی مانند استئوآرتریت، سارکوپنی و نورودژنراسیون کمک می‌کند. در نتیجه، سنسنس سلولی هم به عنوان محافظ در برابر تجمع آسیب DNA و هم کاتالیزور اختلال بافتی عمل می‌کند و پیری ارگانیسمی را تقویت می‌نماید.

 منابع آسیب DNA و فعال‌سازی پاسخ DDR
DNA به طور مداوم از منابع داخلی و خارجی آسیب می‌بیند. گونه‌های اکسیژن واکنش‌پذیر (ROS) و محصولات پراکسیداسیون لیپیدی، واکنش‌های شیمیایی خودبه‌خودی مانند هیدرولیز و دآمیناسیون بازها، همراه با آلکیلاسیون داخلی ناشی از اهداکنندگان متیل متابولیک، ضایعات DNA را به طور مداوم تولید می‌کنند. عوامل محیطی مانند نور فرابنفش و مواد ژنوتوکسیک نیز به این فرآیند کمک می‌کنند. مصرف غذاهای فرآوری‌شده غنی از قندهای تصفیه‌شده، چربی‌ها و افزودنی‌های شیمیایی، ROS و متابولیت‌های دیگر تولید می‌کند که استرس اکسیداتیو و آسیب DNA را افزایش می‌دهد. آلودگی محیطی با ایجاد اداکت‌های DNA، شکستگی‌های رشته و تداخل با مکانیسم‌های تعمیر DNA، ناپایداری ژنومی را تشدید می‌کند. تجمع ضایعات تعمیرنشده DNA در طول زمان، پاسخ آسیب DNA (DDR) را فعال می‌کند، آبشاری سیگنالی که هموستازی سلولی را حفظ می‌کند. DDR تعادل بین بقا و مرگ سلولی را تنظیم می‌کند؛ پیشرفت چرخه سلولی را متوقف کرده و مسیرهایی مرتبط با تعمیر، آپوپتوز و سنسنس را فعال می‌نماید و سرنوشت سلول را تعیین می‌کند.

رانش ژنتیکی و پیامدهای بلندمدت آسیب DNA
تداوم یا تعمیر نادرست ضایعات DNA، تجمع تدریجی جهش‌هایی را که به طور پایدار در نسل‌های سلولی بعدی به ارث می‌رسند، تقویت می‌کند. این فرآیند تصادفی به عنوان رانش ژنتیکی شناخته می‌شود و تثبیت تصادفی واریانت‌های خنثی یا نزدیک به خنثی در جمعیت‌های سلولی سوماتیک را منعکس می‌کند. رانش ژنتیکی در کنار فشارهای انتخابی، معماری ژنومی بافت‌ها را بازسازی کرده، ناهمگونی کلونال را ترویج می‌دهد و بستری برای سازگاری تکاملی ایجاد می‌کند. در ارگانیسم‌های در حال پیری و تومورهای در حال توسعه، رانش جهشی خنثی تنوع داخل‌بافتی گسترده تولید می‌کند که بعداً توسط فرآیندهای انتخابی شکل می‌گیرد. این ارتباط بین آسیب DNA مزمن و تکامل مولکولی سرطان و همچنین بازسازی بافتی را برجسته می‌کند. DDR نه تنها ژنوم را به طور حاد محافظت می‌کند بلکه پویایی بلندمدت حفظ جهش و تکامل کلونال را تحت تأثیر قرار می‌دهد.

ساختار پاسخ DDR و مسیرهای تعمیر DNA
DDR به عنوان آبشاری انتقال سیگنال سازمان‌دهی شده که اغلب در سه لایه توصیف می‌شود. لایه اولیه شامل حسگرهایی مانند کمپلکس MRN است که ساختارهای غیرعادی DNA را تشخیص می‌دهند. لایه دوم از مبدل‌های مرکزی مانند کینازهای ATM، ATR و DNA-PKcs تشکیل شده که سیگنال را تقویت و منتشر می‌کنند. لایه سوم گروه متنوعی از اثرگذارها و فاکتورهای تعمیر DNA را شامل می‌شود که فرآیندهایی مانند توقف چرخه سلولی، بازبرنامه‌ریزی رونویسی، تعمیر DNA و آپوپتوز را ارکستراسیون می‌کنند. تعمیر DNA آسیب‌دیده در سلول‌های پستانداران به پنج مسیر اصلی وابسته است: تعمیر عدم تطابق (MMR)، تعمیر برش پایه (BER)، تعمیر برش نوکلئوتید (NER)، همولوژی رکومبیناسیون (HR) و اتصال انتهای غیرهمولوژی (NHEJ). BER اصلاحات کوچک پایه مانند اکسیداسیون یا آلکیلاسیون را اصلاح می‌کند، در حالی که NER اداکت‌های حجیم و دیمرهای پیریمیدین ناشی از UV را حذف می‌نماید. MMR خطاهای مرتبط با تکثیر را حل می‌کند، در حالی که شکستگی‌های دو رشته‌ای (DSBs) از طریق HR یا NHEJ تعمیر می‌شوند. این مکانیسم‌ها اکثر ضایعات DNA را در جوانی به طور مؤثر حل می‌کنند، اما با سن وفاداری خود را از دست می‌دهند و منجر به تجمع DNA تعمیرنشده یا اشتباه‌تعمیرشده و ناپایداری ژنومی می‌شوند.

سندرم‌های پروژروئید انسانی به عنوان مدل‌های پیری تسریع‌شده
ارتباط بین آسیب DNA و پیری در سندرم‌های پروژروئید انسانی نادر مشهودتر است. این سندرم‌ها گروهی ناهمگن از اختلالات ژنتیکی هستند که طیف وسیعی از علائم پاتولوژیک ارائه می‌دهند. این علائم ناشی از جهش در ژن‌های خاص است که منجر به توسعه تسریع‌شده ویژگی‌های مرتبط با پیری می‌شود. سندرم‌های پروژروئید به دو دسته اصلی تقسیم می‌شوند: segmental که چندین اندام و بافت را تحت تأثیر قرار می‌دهد و unimodal که اثرات اصلی به یک اندام یا بافت محدود است. هر سندرم طیف بالینی متمایزی نشان می‌دهد، اما همه به جهش‌های ارثی در ژن‌های حیاتی برای حفظ یکپارچگی ژنومی مرتبط‌اند. ژن‌های آسیب‌دیده پروتئین‌هایی کد می‌کنند که اجزای integral شبکه DDR هستند: برخی حسگرهایی که ضایعات DNA را تشخیص می‌دهند، برخی هلیکازهایی که ساختارهای پیچیده DNA را باز می‌کنند، برخی نوکلئازهایی که برش‌های لازم برای مسیرهای تعمیر را اجرا می‌کنند. در موارد دیگر، نقص در رگولاتورهای DDR یا اختلال در یکپارچگی پوشش هسته‌ای منجر به بی‌ثباتی ژنوم و فعال‌سازی ثانویه DDR می‌شود. نقص در اجزای پوشش هسته‌ای سازمان کروماتین، بیان ژن و سیگنالینگ را مختل کرده و به سنسنس سلولی زودرس کمک می‌کند.

 مدل‌های موشی مهندسی‌شده و شواهد تجربی
مدل‌های موشی از مهم‌ترین سیستم‌های حیوانی برای مطالعه پیری و بیماری‌های مرتبط با سن انسانی هستند به دلیل شباهت‌های ژنتیکی و فیزیولوژیکی قوی با انسان. سازمان و عملکرد اندام‌های اصلی بسیار محافظت‌شده است، در حالی که طول عمر نسبتاً کوتاه و سهولت پرورش آن‌ها را برای مطالعات طولی عملی می‌سازد. قابلیت دستکاری ژنتیکی موش‌ها توسعه مدل‌های متنوعی را که نقص‌های خاص DDR را بازتاب می‌دهند، ممکن می‌سازد. این مدل‌ها سیستم‌های پیری تسریع‌شده ارائه می‌دهند که محدودیت‌های مدل‌های پیری طبیعی را غلبه می‌کنند. مدل‌های مهندسی‌شده ژنتیکی شامل کمبود هلیکازهای RecQ هستند که عملکرد حیاتی این آنزیم‌ها در پایدارسازی چنگال‌های تکثیر و جلوگیری از ناپایداری ژنومی را نشان می‌دهند. مدل‌های کمبود نوکلئاز مکمل نشان می‌دهند که مکانیسم‌های تعمیر DNA مختل منجر به تخریب بافتی سیستمیک و کاهش طول عمر می‌شود. اختلالات گسترده‌تر سیگنالینگ DDR، جهش در کینازهای چک‌پوینت یا ژن‌های FA، تجمع آسیب DNA، فعال‌سازی مزمن DDR و خستگی سلول‌های بنیادی را تقویت می‌کنند.

مکانیسم‌های متمایز اما مکمل هلیکازها و نوکلئازها
شواهد همگرا از مدل‌های حیوانی و سندرم‌های پروژروئید انسانی تأکید می‌کند که هلیکازها و نوکلئازها نگهبانان ضروری اما مکانیستیک متمایز پایداری ژنوم هستند. هر دو کلاس آنزیمی اسیدهای نوکلئیک را بازسازی می‌کنند اما از طریق اصول بیوشیمیایی اساساً متفاوت. هلیکازها موتورهای مولکولی ATP-محور هستند که DNA و RNA را باز یا بازسازی می‌کنند، در حالی که نوکلئازها آنزیم‌های هیدرولیتیک هستند که backbone فسفودی‌استر را معمولاً به شیوه وابسته به فلز برش می‌دهند. هلیکازها آنزیم‌های جهانی محافظت‌شده‌ای هستند که از هیدرولیز ATP برای جابه‌جایی و باز کردن اسیدهای نوکلئیک استفاده می‌کنند. همه هلیکازها هسته ATPase محافظت‌شده‌ای مرتبط با recombinase باکتریایی RecA به اشتراک می‌گذارند که ATP را متصل و هیدرولیز می‌کند تا تغییرات کنفورماسیونی جفت‌شده با حرکت جهت‌دار تولید کند. این موتور محافظت‌شده با دامنه‌های اضافی تزئین شده که شناخت زیرلایه و تعاملات پروتئینی را متنوع می‌سازد. هلیکازها به شش superfamily (SF1–SF6) طبقه‌بندی می‌شوند که توسط motifهای توالی در هسته ATPase و تفاوت در دامنه‌های جانبی و مجموعه‌های الیگومری متمایز می‌شوند.

 نتیجه‌گیری و چشم‌اندازهای درمانی آینده
نوکلئازها و هلیکازها نقش‌های همگرا اما مکمل در حفظ ژنوم و فرآیند پیری ایفا می‌کنند. نقص در این آنزیم‌ها نه تنها سندرم‌های پروژروئید را ایجاد می‌کند بلکه مسیرهای جهانی پیری طبیعی را بازتاب می‌دهد. تحقیقات فعلی بر استراتژی‌های درمانی متمرکز است که محور DDR-پیری را هدف قرار می‌دهند: تعدیل مستقیم مسیرهای تعمیر، مدیریت پیامدهای سنسنس یا پیشگیری از تجمع آسیب. شواهد از بیماری انسانی، مدل‌های حیوانی و مطالعات مولکولی نشان می‌دهد این آنزیم‌ها در شکل‌دهی طول عمر و بیماری‌های سن‌مرتبط تعیین‌کننده هستند. درک این مکانیسم‌ها افق‌های جدیدی برای مداخلات ضدپیری می‌گشاید.

پایان مطلب/.