محققان برنامه تحقیقاتی اپی ژنتیک مؤسسه بابراهام توانسته‌اند در مورد برنامه‌ریزی مجدد سلول‌های بنیادی ساده و بی‌سابقه پس از یک صفحه نمایش عملکردی گسترده ژنوم اطلاعات بیشتری کسب کنند. تحقیقات آنها که امروز در پیشرفت علم، تنظیم کننده های حیاتی برنامه ریزی مجدد را توصیف می کند و فرصت هایی را برای یک راه کارآمدتر و سریع تر برای تولید سلول های بنیادی پرتوان ساده انسان ارائه می دهد.
سلول های بنیادی پرتوان انسانی (PSCs) ابزار مفیدی برای محققانی است که در مورد چگونگی تخصص سلول ها برای ساختن هر بافت بدن ما تحقیق می کنند. آنها در دو حالت مختلف می آیند، در ابتدا و ساده. هر دو نوع PSC می توانند خود تجدید شوند و به انواع سلول های جدید متمایز شوند، اما عملکردها و ویژگی های مولکولی متمایز دارند.
رهبر گروه، پیتر راگ گان، اهمیت این سلول‌ها را توضیح داد: “PSCهای انسانی در حالت ساده، ویژگی‌های مولکولی و سلولی کلیدی سلول‌ها را در جنین مرحله قبل از لانه گزینی تکرار می‌کنند. نکته مهم، زمانی است که PSCهای ساده به طور خاص تشویق می‌شوند تا خودسازمان شوند. در شرایط، آنها ساختارهایی را تشکیل می دهند که شبیه به مرحله اولیه رشد بلاستوسیست است. با رشد این سلول ها در آزمایشگاه، ما می توانیم در مورد رویدادهای کلیدی که در طول رشد انسان رخ می دهد یاد بگیریم، و آنها کاربردهای بالقوه ای در پزشکی شخصی دارند. – جمعیت سلول های بنیادی با کیفیت و پایدار تا بتوانیم آزمایش های ما را انجام دهیم.”
سلول های بنیادی پرتوان یا از جنین یا با استفاده از روش های برنده جایزه نوبل برای حذف هویت سلولی از سلول های تخصصی تشکیل می شوند. اکثر آزمایش‌های برنامه‌ریزی مجدد، PSCهای اولیه را تولید می‌کنند که از نظر رشدی پیشرفته‌تر از PSCهای ساده هستند. PSCهای ساده را می توان مستقیماً از جنین های انسان قبل از لانه گزینی جمع آوری کرد، یا معمولاً محققان PSC های اولیه را در معرض شرایطی قرار می دهند که باعث می شود آنها به PSC های ساده تبدیل شوند. روش‌های موجود برای برنامه‌ریزی مجدد ناکارآمد و کند بودند و مانع از تولید سریع تعداد سلول‌های بنیادی با کیفیت بالا توسط محققان می‌شد.
آدام بندال، دانشجوی دکترا و محقق اصلی این مطالعه، می‌گوید: «در مورد عوامل ژنتیکی و اپی ژنتیکی مورد نیاز برای برنامه‌ریزی مجدد سلول‌های ساده، اطلاعات بسیار کمی وجود داشت و این شکاف دانش طراحی شرایط برنامه‌ریزی مجدد را محدود کرد.»
راندمان پایین برنامه ریزی مجدد ساده نشان دهنده وجود موانعی است که سلول ها را در رسیدن به حالت ساده محدود می کند. آدام و همکارانش با انجام یک صفحه نمایش ژنتیکی در مقیاس بزرگ برای شناسایی ژن‌هایی که مانع برنامه‌ریزی مجدد می‌شوند و به آنها کمک می‌کنند، این موانع را تقویت کردند. آنها توانستند تعداد زیادی از ژن‌ها را شناسایی کنند که نقش مهمی در برنامه‌ریزی ساده PSC دارند که قبلاً با این فرآیند مرتبط نبوده‌اند.
این تیم به طور خاص بر روی یک کمپلکس اپی ژنتیک متمرکز شد، مجتمع PRC1.3، که بیان ژن را بدون تغییر توالی DNA زیرین تنظیم می‌کند، و آنها دریافتند که برای تشکیل PSCهای ساده ضروری است. بدون این کمپلکس، سلول‌هایی که تحت برنامه‌ریزی مجدد قرار می‌گیرند، به جای سلول‌های PSC ساده، به نوع کاملاً متفاوتی از سلول تبدیل می‌شوند. این نشان می‌دهد که فعالیت PRC1.3 می‌تواند سلول‌های بیشتری را به برنامه‌ریزی مجدد به درستی تشویق کند و در واقع مانع را کاهش دهد.
پس از شناسایی عواملی که برنامه‌ریزی مجدد را افزایش می‌دهند، محققان به عواملی که مانع برنامه‌ریزی مجدد می‌شوند نیز توجه کردند، که نمونه‌ای از آن در مطالعه خود با یک پروتئین اپی ژنتیک به نام HDAC2 بود. دکتر آماندا کولیر، نویسنده اول مقاله، توضیح داد: “به طرز هیجان انگیزی، زمانی که ما یکی از این عوامل را با استفاده از مواد شیمیایی انتخابی مهار کردیم، برنامه ریزی مجدد PSC ساده با کارایی و سرعت بیشتری اتفاق افتاد. ما می توانیم از هر دو طرف به آن نگاه کنیم؛ ما می توانیم موانع را بردارید و عواملی را معرفی کنید که سلول‌ها را به سمت تغییر حالت سوق می‌دهند.”
این تحقیق نه تنها توانایی دانشمندان را برای تولید PSCهای ساده انسان بهبود می بخشد، بلکه جزئیاتی را در مورد رویدادهای مولکولی که در طی خود انتقال حالت سلولی رخ می دهد، ارائه می دهد، که برخی از آنها در تنظیم رشد در جنین انسان حفظ می شوند.
آزمایشگاه راگ گان در حال کنار هم قرار دادن قطعات یک پازل بزرگتر است – بهترین درک از شکل گیری و کنترل سلول های بنیادی ساده. تحقیقات قبلی آنها فاکتورهای مولکولی را شناسایی کرده است که به حفظ سلول ها در مرحله ساده کمک می کند. رهبر گروه، پیتر راگ گان گفت: “با ساخت ابزارهای خود برای دستکاری سلول های بنیادی پرتوان، می توانیم زمان بیشتری را صرف پرسیدن سوالات مهم در مورد جنین قبل از لانه گزینی کنیم. در درازمدت، پیشرفت های بیشتر در کار با PSC های ساده ممکن است ایجاد شود. امکان استفاده از این سلول‌ها در مدل‌های بیماری شخصی یا سلول‌درمانی را افزایش می‌دهد، اگرچه این امر به تحقیقات بیشتری در مورد چگونگی تمایز PSCهای ساده به انواع سلول‌های تخصصی نیاز دارد.
منبع داستان:
مواد ارائه شده توسط موسسه بابراهام. توجه: محتوا ممکن است برای سبک و طول ویرایش شود.