چکیده:

تمامی سلول های زنده از مکانیسم های سختگیرانه ترمیم DNA برای حفظ یکپارچگی ژنوم و مقابله با انواع بسیاری از آسیب های DNA استفاده می کنند و سلول های بنیادی به دلیل توانایی قابل توجهی که در خودتکثیری و تمایز به انواع سلول های کارآمد، نیاز ویژه ای به این مکانیسم ها دارند. تعجب آور نیست که سلول های بنیادی انسانی به شبکه بسیار کارایی از ترمیم DNA مجهز هستند که پس از تمایز کارایی آن کاهش می یابد. علاوه براین، این سلول ها نیز دارای متابولیسم غیر هوازی هستند که تعداد میتوکندری ها و احتمالاً استرس اکسیداتیو را که شدیداً به ناپایداری ژنومی مرتبطند، کاهش می دهد. اگر آسیب های DNA ترمیم نشوند، سلول های بنیادی انسانی به راحتی دستخوش پیری، مرگ سلولی و تمایز می شوند که این بخشی از پاسخ آنها به آسیب های DNA می باشد و باعث جلوگیری از تکثیر سلول های بنیادی حامل جهش ها  تغییرات ژنومی می گردد. جالب است که سلول های بنیادی سرطانی و سلول های بنیادی نمونه نه تنها در پتانسیل تمایزی بلکه از نظر توان پاسخ به آسیب DNA، نیز خصوصیات مشترکی دارند که این امر بر ایده سرطان درمانی با استفاده از عوامل آسیب زای ژنومی (genotoxic) دلالت می کند. از طرف دیگر، حفظ ذخیره سلول های بنیادی بالغ و توانایی سلول ها برای رویارویی با آسیب DNA که وقوع فرآیندهایی مانند تحلیل اعصاب و پیری زودرس را کاهش می دهند، برای تکوین طبیعی ضروری می باشند چراکه می توان فنوتیپ های بالینی بسیاری از بیماری های ژنتیکی را مشاهده کرد که با نقص هایی در فرآیند ترمیم DNA همراه هستند. در نهایت، چندین یافته اخیر پیشنهاد می کنند که ترمیم DNA یک نقش اساسی در حفظ پتانسیل پر توانی و تمایز سلول های بنیادی جنینی و نیز سلول های بنیادی پرتوان القایی (iPS) را ایفا می کند. همچنین به نظر می رسد که فرآیندهای ترمیم DNA برای برنامه ریزی مجدد سلول های انسانی در زمان تولید سلول های iPS ضروری باشند. بنابراین، درک اینکه چگونه سلول های بنیادی پر توان کشت شده از پایداری ژنتیکی خود اطمینان حاصل می کنند کاملاً برای کاربرد ایمن آن ها در راهکارهای درمانی در همان زمانی که سلول درمانی امیدی برای بیمارانی با سیستم ترمیم DNA معیوب محسوب می شود، لازم است.

The role of DNA repair in the pluripotency and differentiation of human stem cells.

Source

Department of Microbiology, Institute of Biomedical Sciences, University of São Paulo, Av. Prof. Lineu Prestes, 1374, São Paulo, SP 05508 900, Brazil.

Abstract

All living cells utilize intricate DNA repair mechanisms to address numerous types of DNA lesions and to preserve genomic integrity, and pluripotent stem cells have specific needs due to their remarkable ability of self-renewal and differentiation into different functional cell types. Not surprisingly, human stem cells possess a highly efficient DNA repair network that becomes less efficient upon differentiation. Moreover, these cells also have an anaerobic metabolism, which reduces the mitochondria number and the likelihood of oxidative stress, which is highly related to genomic instability. If DNA lesions are not repaired, human stem cells easily undergo senescence, cell death or differentiation, as part of their DNA damage response, avoiding the propagation of stem cellscarrying mutations and genomic alterations. Interestingly, cancer stem cells and typical stem cells share not only the differentiation potential but also their capacity to respond to DNA damage, with important implications for cancer therapy using genotoxic agents. On the other hand, the preservation of the adult stem cell pool, and the ability of cells to deal with DNA damage, is essential for normal development, reducing processes of neurodegeneration and premature aging, as one can observe on clinical phenotypes of many human genetic diseases with defects in DNA repair processes. Finally, several recent findings suggest that DNA repair also plays a fundamental role in maintaining the pluripotency and differentiation potential of embryonic stem cells, as well as that of induced pluripotent stem (iPS) cells. DNA repair processes also seem to be necessary for the reprogramming of human cells when iPS cells are produced. Thus, the understanding of how cultured pluripotent stem cells ensure the genetic stability are highly relevant for their safe therapeutic application, at the same time that cellular therapy is a hope for DNA repair deficient patients.

نویسندگان این مقاله: Rocha CR, Lerner LK, Okamoto OK, Marchetto MC, Menck CF Mutat Res.