What shape are your cells? Squishy cylinders? Jagged zig-zags? You probably don’t think much about the bodies of these building blocks, but at the microscopic level, small changes can have huge consequences. And while some adaptations change these shapes for the better, others can spark a cascade of debilitating complications. This is the story of sickle-cell disease.
سلولهای شما به چه شکل میباشد؟ سیلندرهای فشاری؟ زیگزاگهای دندانهدار؟ شما احتمالا زیاد به ساختار تشکیل دهنده بدنه آن فکر نمیکنید، اما درحد میکروسکوپی، تغییرات کوچک عواقب سنگینی میتواند داشته باشد. و در حالی که بعضی ازسازگاریها این اشکال را به سمت بهترشدن تغییر میدهد، بقیه میتوانند باعث جرقهای از عواقب تضعیف کننده شوند. این داستان بیماری سلول داسی شکل میباشد.
Sickle-cell disease affects the red blood cells, which transport oxygen from the lungs to all the tissues in the body. To perform this vital task, red blood cells are filled with hemoglobin proteins to carry oxygen molecules. These proteins float independently inside the red blood cell’s pliable, doughnut-like shape, keeping the cells flexible enough to accommodate even the tiniest of blood vessels. But in sickle cell disease, a single genetic mutation alters the structure of hemoglobin. After releasing oxygen to tissues, these mutated proteins lock together into rigid rows. Rods of hemoglobin cause the cell to deform into a long, pointed sickle. These red blood cells are harder and stickier, and no longer flow smoothly through blood vessels. Sickled cells snag and pile up– sometimes blocking the vessel completely. This keeps oxygen from reaching a variety of cells, causing the wide range of symptoms experienced by people with sickle-cell disease.
بیماری سلول خونی داسی شکل بر روی گلبول قرمز که مسئول حمل و نقل اکسیژن از شش به تمام بافتهای بدن است تاثیر میگذارد. برای انجام این نقش حیاتی، گلبولهای قرمز از پروتئین هموگلوبین پرشدهاند که مولکول اکسیژن را حمل کنند. این پروتئینها به طور مسقل در درون گلبولهای قرمز به شکل دونات، شناور میباشند، برای اینکه بتوانند سلولها را به اندازه کافی انعطاف پذیر نگه دارند تا بتوانند حتی در کوچکترین رگهای خونی جا شوند. اما در بیماری سلول خونی داسی شکل، یک جهش ژنتیکی باعث تغییر ساختاری هموگلوبین میشود. پس از آزادسازی اکسیژن به بافتها، این پروتئینهای جهش یافته در ردیف های سفت و سخت به هم متصل میشوند. میلههای هموگلوبین باعث تغییر شکل سلول به یک شکل دراز و نوک تیز میشوند. این گلبولهای قرمز سفتتر و جسبناکتراند. و دیگر به آرامی در رگهای خونی جریان ندارند. سلولهای داسی شکل گیر میکنند و انباشته میشوند بعضی اوقات باعث مسدود شدن کامل رگها میشوند. این باعث میشود که اکسیژن به سلولهای مختلف نرسد، که باعث ایجاد طیف گستردهای از علائم میشود که افراد با بیماری گلبول قرمز داسی شکل تجربه میکنند.
Starting when they’re less than a year old, patients suffer from repeated episodes of stabbing pain in oxygen-starved tissues. The location of the clogged vessel determines the specific symptoms experienced. A blockage in the spleen, part of the immune system, puts patients at risk for dangerous infections. A pileup in the lungs can produce fevers and difficulty breathing. A clog near the eye can cause vision problems and retinal detachment. And if the obstructed vessels supply the brain the patient could even suffer a stroke.
که وقتی کمتر از یک سال دارند شروع میشود، و بیماران از دورههایی از دردهای مکرر کوبنده ناشی از بافتهای کمبود اکسیژن رنج میبرند. محل گرفتگی رگها علائم مشخص تجربه شده را تعیین میکند. انسداد در طحال، قسمتی از سیستم ایمنی بدن، بیماران را در معرض عفونتهای خطرناک قرار میدهد. انباشتگی در ریه میتواند باعث تب و مشکل در نفس کشیدن شود. یک گرفتگی در نزدیکی چشم میتواند باعث بیماریهای چشمی و جدا شدگی شبکیه شود. و اگر عروق مسدود شده برای تامین مغز باشند بیمار حتی میتواند دچار سکته مغزی شود.
Worse still, sickled red blood cells also don’t survive very long— just 10 or 20 days, versus a healthy cell’s 4 months. This short lifespan means that patients live with a constantly depleted supply of red blood cells; a condition called sickle-cell anemia.
بدتر از آن، گلبولهای قرمز داسی شکل به مدت طولانی دوام نمیآورند ، فقط برای۱۰ تا ۲۰ روز، در صورتی که سلولهای سالم تا ۴ ماه زنده میمانند. این عمر کوتاه به این معنی است که بیماران که با کمبود دائم گلبول قرمز زندگی میکنند دارای وضعیت کم خونی داسی شکل میباشند. شاید تعجبآورترین چیز در مورد این جهش ژنتیکی وخیم این است که اول
Perhaps what’s most surprising about this malignant mutation is that it originally evolved as a beneficial adaptation. Researchers have been able to trace the origins of the sickle cell mutation to regions historically ravaged by a tropical disease called malaria. Spread by a parasite found in local mosquitoes, malaria uses red blood cells as incubators to spread quickly and lethally through the bloodstream.
به عنوان یک سازگاری سودمند تکامل یافته است. محققان قادر بودهاند که منشا این جهش ژنتیکی را ردیابی کنند که به نواحیای که به وسیله بیماری استوایی مالاریا ویران شدهاند برمیگردد. مالاریا به وسیله یک انگل در پشههای محلی پخش میشود، آن از گلبولهای قرمز به عنوان یک محل پرورش استفاده میکند تا به طور سریع و کشندهای در خون پخش شود. با این حال، همین تغییرات ساختاری که گلبولهای قرمز را تبدیل به موانع میکند
However, the same structural changes that turn red blood cells into roadblocks also make them more resistant to malaria. And if a child inherits a copy of the mutation from only one parent, there will be just enough abnormal hemoglobin to make life difficult for the malaria parasite, while most of their red blood cells retain their normal shape and function. In regions rife with this parasite, sickle cell mutation offered a serious evolutionary advantage. But as the adaptation flourished, it became clear that inheriting the mutation from both parents resulted in sickle-cell anemia.
همچنین آنها را نسبت به مالاریا مقاومتر میکند. و اگر که یک کودک یک کپی از ژن جهش یافته را از یک والد به ارث ببرد، به اندازه کافی هموگلوبینهای غیرطبیعی در بدن او وجود خواهد داشت که زندگی را برای انگل مالاریا سخت کند. درحالی که اکثر گلبولهای قرمز خونی شکل و عملکرد طبیعی خود را حفظ میکنند. در مناطق مملو از این انگل، جهش ژنتیکی سلول داسی شکل شامل مزیت تکاملی میباشد. اما با بیشتر شدن سازگاری، این مشخص شد که به ارث بردن این جهش از هردو والدین باعث بیماری کم خونی داسی شکل میشود. امروزه، اکثریت افراد دچار بیماری کم خونی داسی شکل میتوانند اجداد خود را
Today, most people with sickle-cell disease can trace their ancestry to a country where malaria is endemic. And this mutation still plays a key role in Africa, where more than 90% of malaria infections occur worldwide. Fortunately, as this “adaptation” thrives, our treatment for sickle cell continues to improve. For years, hydroxyurea was the only medication available to reduce the amount of sickling, blunting symptoms and increasing life expectancy. Bone marrow transplantations offer a curative measure, but these procedures are complicated and often inaccessible. But promising new medications are intervening in novel ways, like keeping oxygen bonded to hemoglobin to prevent sickling, or reducing the stickiness of sickled cells. And the ability to edit DNA has raised the possibility of enabling stem cells to produce normal hemoglobin. As these tools become available in the areas most affected by malaria and sickle cell disease, we can improve the quality of life for more patients with this adverse adaptation.
در کشوری که در آن مالاریا شایع بوده ردیابی کنند. و این جهش هنوز هم نقشی کلیدی در آفریقا، جایی که بیش از ۹۰ درصد مالاریا جهانی اتفاق میافتد بازی میکند. خوشبختانه، همان طور که این سازش افزایش پیدا میکند، پیشرفت درمان برای سلول داسی شکل ادامه دارد. برای سالیان سال، هیدروکسی اوره تنها داروی موجود برای کاهش میزان داسی شدن و کاهش علائم بیماری و افزایش امید به زندگی بود. پیوند مغز استخوان یک اقدام درمانی به شمار میآید، اما اغلب پیچیده و غیرقابل دسترس میباشد. اما داروهای جدید امیدوار کننده میباشند و به روشهای نوینی مداخله میکنند، مانند اتصال اکسیژن به هموگلوبین که باعث جلوگیری داسی شکل شدن، یا کاهش چسبندگی سلولهای داسی شکل میشوند. و توانایی ویرایش دیانای امکان توانمند سازی سلولهای بنیادی برای تولید هموگلوبین طبیعی را افزایش داده است. هرچه که این ابزارها در مناطقی که بیشتر تحت تاثیر مالاریا و بیماری سلول داسی شکل هستند در دسترس قرار بگیرد، ما میتوانیم کیفیت زندگی مبتلایان به این سازش نامطلوب را ارتقا دهیم.