محققان کالج پزشکی بیلور تصویر دقیق تری از چگونگی بهبود اپیتلیوم روده – پوشش روده – پس از عفونت با روتاویروس کشف کرده اند. یک رویکرد تحلیلی دقیق تک سلولی برای مطالعه فرآیند ترمیم در یک مدل حیوانی نشان داد که اپیتلیوم آسیب‌دیده حاوی انواع مختلفی از سلول‌های دخیل در ترمیم آن از طریق پاسخ‌های هماهنگ گسترده است که در نهایت بافت آسیب‌دیده را التیام می‌بخشد.
محققان همچنین به طور غیرمنتظره ای کشف کردند که علاوه بر انتروسیت ها، که نوع سلولی هستند که معمولاً توسط روتاویروس آلوده می شوند، سلول های توفت، نوع سلول دیگری در اپیتلیوم روده نیز آلوده هستند و ممکن است در پاسخ ترمیم اپیتلیوم به دنبال آسیب نقش داشته باشند. یافته ها، منتشر شده در مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم، نه تنها درک بهتری از روند بهبودی پس از عفونت روتاویروس ارائه می دهد، بلکه ممکن است سرنخ های جدیدی در مورد چگونگی ایجاد بیماری توسط ویروس ارائه دهد.
نویسنده همکار گفت: “بیماری های دستگاه گوارش سالانه حدود 60 میلیون آمریکایی را تحت تاثیر قرار می دهد. این شرایط اغلب با آسیب به اپیتلیوم همراه است که عملکردهای آن از جمله هضم غذا و جذب مواد مغذی را به خطر می اندازد و بر سلامت کلی تاثیر می گذارد.” دکتر سارا بلات، دانشیار ویروس شناسی مولکولی و میکروبیولوژی در Baylor.
هدف محققان در این پروژه کمک به درک بهتر فرآیند ترمیم پس از آسیب به اپیتلیوم روده ناشی از روتاویروس در مدل موش بود. این ویروس سالانه باعث حدود 179 میلیون مورد گاستروانتریت حاد و حدود 128000 مرگ به خصوص در کودکان می شود. وارد شدن به جزئیات پاسخ سلولی به آسیب ناشی از عفونت می تواند منجر به بهبود درمان شود.
درمان روده نیاز به کار گروهی دارد
سطح داخلی روده با لایه‌ای از سلول‌های اپیتلیال پوشانده شده است که چندین بار تا می‌شود و بسیاری از برآمدگی‌های نازک انگشت مانند به نام پرز را تشکیل می‌دهد و کریپت‌هایی بین آنها وجود دارد. روتاویروس سلول های انتروسیتی را که در نوک پرزها قرار دارند، آلوده کرده و از بین می برد.
بلات گفت: “ما می دانیم که آسیب در نوک به سرعت به سلول های بنیادی ساکن در دخمه منتقل می شود و آنها را تحریک می کند تا تقسیم شوند و به سلول های تخصصی مورد نیاز برای ترمیم آسیب نوک پرز تبدیل شوند.”
برای مشاهده دقیق تر چگونگی بهبودی اپیتلیوم، این تیم از فناوری نسبتاً جدیدی به نام رونویسی تک سلولی استفاده کرد تا تعیین کند کدام ژن در سطح تک سلولی در تمام سلول های بین نوک و سرداب بیان می شود. انواع مختلفی از سلول ها در امتداد پرزها وجود دارد، از جمله سلول های توفت، سلول های جامی، انتروسیت ها و سلول های بنیادی که هر کدام عملکرد خاصی دارند.
کارولین بومیدی، نویسنده اول، دستیار ارشد پژوهشی دکتر مری، گفت: «تحلیل‌های ما یک چشم‌انداز سلولی پیچیده را نشان داد که با خوشه‌هایی از سلول‌ها با پروفایل‌های رونویسی مشخص مشخص می‌شود که نه تنها به نوع سلول بلکه به مکان سلول در امتداد پرزها نیز بستگی دارد. آزمایشگاه استس در بیلور. به عنوان مثال، نوع سلول مشابهی که در مکان‌های مختلف یافت می‌شود، ممکن است پروفایل‌های رونویسی متفاوتی داشته باشد.»
یافته‌های محققان همچنین از تصویر جدیدی از چگونگی انجام بازسازی پشتیبانی می‌کند. آنها دریافتند که در پاسخ به آسیب نوک‌ها، زیرمجموعه‌های سلول‌های بنیادی در سردابه بیشتر تقسیم می‌شوند و به انتروسیت‌های نابالغ متعددی تبدیل می‌شوند که به نوک پرزها مهاجرت می‌کنند تا جایگزین آن‌هایی شوند که توسط روتاویروس آسیب دیده‌اند.
میزبان غیرمنتظره برای روتاویروس
Blutt، Bomidi و همکارانشان از یافتن مواد ژنتیکی روتاویروس در داخل سلول‌های توفت شگفت‌زده شدند، نوع سلولی که قبلاً برای حمایت از عفونت روتاویروس گزارش نشده بود.
بومیدی گفت: “این واقعیت که ما می توانیم ویروس را به طور کلی تشخیص دهیم هیجان انگیز است، با توجه به اینکه سلول های توفت در اپیتلیوم روده نادر هستند.” سلول‌های توفت آلوده به روتاویروس بیان ژن‌های خاص، از جمله ژن‌های پاسخ ایمنی را افزایش دادند، که نشان می‌دهد آنها قادر به ایجاد یک پاسخ ضد ویروسی هستند و به فرآیند پس از عفونت کمک می‌کنند.
در مجموع، یافته‌ها شواهدی را ارائه می‌دهند که عفونت روتاویروس یک برنامه ترمیم را تحریک می‌کند که توسط سلول‌های بنیادی با درگیری سلول‌های توفت هدایت می‌شود که منجر به تولید انتروسیت‌های نابالغ می‌شود که اپیتلیوم آسیب‌دیده را ترمیم می‌کنند.
بلات گفت: “من بسیار هیجان زده هستم که این اولین گزارش از توصیف رونوشت های تک سلولی پس از یک عفونت ویروسی انسان روده ای است.” ما این را منبع اطلاعاتی ارزشمندی برای محققانی که در تحقیقات گوارشی دخیل هستند، در نظر می‌گیریم تا ببینند هر نوع سلول فردی در زمینه یک عفونت ویروسی چگونه واکنش نشان می‌دهد.»
دکتر مری استس، رئیس کالن و استاد ویروس شناسی مولکولی و میکروبیولوژی در بیلور، نویسنده همکار، دکتر مری استس، گفت: «پیش‌بینی می‌کنم که این رویکرد ابزارهای جدیدی را برای بررسی جنبه‌های بی‌پاسخ از چگونگی ایجاد بیماری روتاویروس و سایر شرایط عفونی یا التهابی ارائه کند.
از دیگر مشارکت کنندگان این کار می توان به متیو رابرتسون و کریستین کوارفا، هر دو در کالج پزشکی بیلور اشاره کرد.
این کار توسط مرکز طب مقایسه ای و چندین هسته فناوری پیشرفته در کالج پزشکی بیلور پشتیبانی شد. بودجه توسط موسسه تحقیقاتی و پیشگیری از سرطان تگزاس (CPRIT) پشتیبانی تسهیلات اصلی (CPRIT-RP180672) و NIH (CA125123 و RR024574) ارائه شده است. پشتیبانی بیشتر توسط Grant Service Health Public Grant P30 DK56338، NIH (DK56338 and CA125123)، CPRIT (RP150578 و RP170719)، مرکز جامع سرطان Dan L. Duncan و کنسرسیوم جان اس. دیگر کمک های مالی توسط P30 بیماریهای گوارش و کبد مرکز پشتیبانی گرانت NIDDK-DK56338، P30 سرطان مرکز پشتیبانی گرانت NCI-CA125123، NIH S10 گرانت 1S10OD02346901، NIH به اشتراک گذاشته ابزار کمک های مالی S10OD018033، S10OD023469، S10OD025240 و P30EY002520 ارائه شد. تجزیه و تحلیل داده ها تا حدی توسط CPRIT core Grants RP170005 و RP200504، موسسه ملی علوم بهداشت محیطی (NIEHS) P30 GC-CPEH ES030285 و NIEHS P42 ES027725 پشتیبانی شد.