آخرین مطالب

پروتئین بازدارنده نشان داده شده است که رله سیگنالینگ گره را در طول الگوی بافتی تنظیم می کند –


پروتئینی که به نام Lefty شناخته می شود، هنگامی که جنین انسان شروع به تمایز به استخوان ها، بافت های نرم و اندام های سازنده ما می کند، ترمز می کند.

به گفته زیست شناسان دانشگاه رایس، این پروتئین بازدارنده در مراحل اولیه زندگی، زمانی که سرنوشت سلول های بنیادی جنینی توسط مسیر سیگنالینگ Nodal تعیین می شود، کلیدی است.

آزمایش‌هایی که توسط آزمایشگاه رایس Aryeh Warmflash انجام شد و به رهبری محقق فوق‌دکتری لیژونگ لیو، برای اولین بار مکانیسمی را تجسم کرد که توسط آن Nodal و Lefty برای مشخص کردن برنامه بدن آینده در جنین پستانداران با هم تعامل دارند.

نتایج آنها در مجله دسترسی آزاد ظاهر می شود ارتباطات طبیعت

این مطالعه نه تنها نشان می‌دهد که چگونه مولکول‌های سیگنال‌دهنده گره، معروف به مورفوژن‌ها، توسط Lefty کنترل می‌شوند، بلکه همچنین نشان می‌دهد که پروتئین‌های گره مستقیماً از سلولی به سلول دیگر منتقل می‌شوند و باعث رونویسی گره‌های جدید توسط گیرنده می‌شوند. در همان زمان، موجی از رونویسی Lefty به طور موقت در سلول ها هنگام دریافت Nodal ایجاد می شود و سرعت موج را تنظیم می کند.

Warmflash می‌گوید: «اساساً، ما نشان می‌دهیم که به‌جای شیب‌های تشکیل‌دهنده پروتئین و دستور دادن به سلول‌ها برای تبدیل شدن به انواع مختلف سلولی، مولکول‌های درگیر اصلاً منتشر نمی‌شوند.» در عوض، سلول‌ها سیگنال را رله می‌کنند تا هر سلول سیگنال را تولید کند و آن را به همسایه‌اش ارسال کند، که باعث می‌شود همسایه آن را تولید کند و غیره. این شبیه یک بازی تلفنی است.

مدل آزمایشی منحصربه‌فردی که توسط Warmflash و تیمش طی سال‌ها ایجاد شده است، به آن‌ها اجازه می‌دهد تا مراحل اولیه گاسترولاسیون را ببینند، که طی آن مراحل اولیه تمایز اتفاق می‌افتد. کلنی‌های حلقوی سلول‌ها هیچ شباهتی به جنین ندارند و از اصول اخلاقی پیروی می‌کنند، اما سلول‌ها به شیوه‌ای واقع‌بینانه ارتباط برقرار می‌کنند و واکنش نشان می‌دهند زیرا به سه لایه زایا – اکتودرم، مزودرم و اندودرم – از مرکز به سمت لبه تمایز می‌یابند.

اما در واقع تجسم پروتئین Nodal، تا کنون، یک مسئله بوده است. برای مطالعه جدید، لیو راهی برای افزودن برچسب های فلورسنت به پروتئین Nodal پیدا کرد که به هیچ وجه گاسترولاسیون را به خطر نینداخت.

لیو، که دو سال را صرف یافتن راه حل کرد، گفت: «ما باید مطمئن می شدیم که برچسب فلورسنت روی عملکرد تأثیر نمی گذارد. از آنجایی که برچسب بسیار بزرگ است – اساساً نیمی از مولکول ترکیب شده با پروتئین Nodal – ما نمی‌دانستیم که بر ترشح (توسط سلول‌ها) یا انتشار تأثیر می‌گذارد.»

وقتی از خوش خیم بودن برچسب اطمینان حاصل شد، آزمایشگاه شروع به ردیابی پیشرفت نودال تا 42 ساعت در پیکربندی های مختلف مستعمره و با یا بدون دو نوع انسانی Lefty کرد. آنها دریافتند که بدون حضور لفتی، انتشار نودال به سمت مرکز مستعمره بسیار سریعتر پیشرفت می کند.

لیو گفت که توانایی ردیابی تک تک پروتئین‌ها در سیستم پستانداران می‌تواند به کشف مکانیسم‌هایی منجر شود که مورفوژن و مهارکننده آن قلمرو خود را ادعا می‌کنند.

لیو گفت که به طور سنتی تصور می شود که الگوها به این دلیل به وجود می آیند که برخی از پروتئین ها سریعتر از بقیه پخش می شوند. فعالیت Nodal محلی می تواند باعث تولید Lefty شود، که دورتر از Nodal منتشر می شود و سیگنال را به قلمروی با اندازه خاص محدود می کند، نظریه ای که به گفته او به طور دقیق آزمایش نشده است.

در کمال تعجب محققان، مشاهده مستقیم مولکول های درون زا هیچ نشانه ای از انتشار گره ای را نشان نداد. در عوض، موجی که به سمت داخل حرکت می‌کند، نتیجه پروتئین‌های گره‌ای جدید تولید شده توسط هر سلول است که سپس همسایه خود را تحریک می‌کند تا همین کار را انجام دهد.

آزمایشگاه توانست با ایجاد سلول هایی که فاقد پروتئین Nodal هستند، ثابت کند که این برای موج ضروری است. این سلول ها می توانند سیگنال را دریافت کنند اما آن را به همسایگان خود منتقل نمی کنند.

محققان همچنین دریافتند که اگرچه لفتی در آزمایش‌های گاسترولاسیون خود پخش نشد، اما می‌تواند در زمینه‌های دیگر در محدوده بسیار طولانی‌تری حرکت کند.

لیو گفت: «ما می‌خواهیم بفهمیم چه چیزی انتشار پروتئین‌های Lefty را به روشی وابسته به زمینه تعیین می‌کند. “آیا به این دلیل است که دو نوع Lefty انسانی الگوهای انتشار و بیان متفاوتی را نشان می دهند؟ پاسخ به این سوال چالش برانگیز است، زیرا آنها در هر دو سطح DNA و اسید آمینه بسیار شبیه هستند. ما باید راهی برای تشخیص آنها پیدا کنیم.”

او گفت: “موضوع دیگری که ما به آن علاقه مندیم این است که بدانیم Nodal و Lefty چگونه با سایر عوامل کمکی برای تعریف محور بدن همکاری می کنند.” “سر کجاست، دم کجاست، سمت چپ و راست کجاست؟ ما می دانیم که Nodal با گیرنده های کمکی برای انجام این کار در ماهی گورخری کار می کند، اما در سلول های پستانداران بالاتر، گیرنده مشترک ممکن است اساسا متفاوت باشد.”

نویسندگان مشترک این مطالعه، دانشجوی فارغ التحصیل رایس، لویزا رزنده هستند. جی یون جونگ، فارغ التحصیل برنج، دانشجوی کارشناسی ارشد در فناوری جورجیا. تکنسین برنج Cecilia Guerra; آناستازیا نماشکالو، فارغ التحصیل برنج، محقق فوق دکتری در آزمایشگاه ملی لوس آلاموس؛ فارغ التحصیل برنج، ساپنا چابرا، محقق فوق دکتری در آزمایشگاه بیولوژی مولکولی اروپا در هایدلبرگ، آلمان؛ و Idse Heemskerk، فارغ التحصیل رایس، استادیار فیزیک و زیست شناسی سلولی و تکاملی در دانشگاه میشیگان. Warmflash دانشیار علوم زیستی و مهندسی زیستی و محقق CPRIT است.

بنیاد ولش (C-2021)، بنیاد ملی علوم (1553228)، مؤسسه ملی بهداشت (R01GM126122) و بنیاد سیمونز (511079) از این تحقیق حمایت کردند.