به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، محققان آزمایشگاه ریک (Reik) جدیدترین مطالعه خود را در مجله Cell Stem Cell منتشر کردند که زیر مجموعه‌ی جدیدی از سلول‌های بنیادی جنینی انسان را توصیف می‌کند که شباهت زیادی به سلول‌های موجود در "زنگ بیداری" ژنومی در مرحله‌ی هشت-سلولی جنین انسان دارد. این مدل جدید سلول‌های بنیادی به محققان این امکان را می‌دهد تا تغییرات ژنومی کلیدی را در طول رشد اولیه ترسیم کنند و همچنین کمک می‌کند که آنها درک بهتری از پیامدهای خطاهای فعال‌سازی ژنوم در طی اختلالات رشدی و یا از دست دادن جنین داشته باشند.

در همه پستانداران، جنین اولیه دقیقاً پس از لقاح، متحمل تعدادی رویداد‌ مولکولی می‌شود که زمینه را برای مابقی رشد جنین فراهم می‌کند. در طول این "زنگ بیداری" کلیدی، ژنوم جنین کنترل فعالیت‌های سلول را که از ژنوم مادر گرفته، در اختیار می‌گیرد. در انسان، این اتفاق در مرحله هشت- سلولی جنین اولیه روی می‌دهد و فعال‌سازی ژنوم زیگوتی (ZGA) نامیده می‌شود.

قبل از یافته‌های این مطالعه، بررسی جزئیات ZGA انسان فقط در جنین‌ها انجام می‌شد؛ یعنی مدل‌های موجود سلول‌های بنیادی انسانی‌، جنین را فقط در مراحل ثانویه (بعدی) فرآیند رشد نشان می‌دادند. در انگلستان، انجام آزمایش‌هایی با استفاده از جنین مجاز است، ولی این آزمایش‌ها به شدت تنظیم شده‌ هستند، به این معنی که تحقیقات در زمینه رشد اولیه جنینی تا حدودی به مدل‌های جایگزین و غیر انسانی متکی است. در سال 2012، سلول‌هایی که نشان‌دهنده مرحله فعال‌سازی ژنوم بودند، در سلول‌های بنیادی جنینی موش (ESCs) یافت شد که به محققان این امکان را داد تا اطلاعات بیشتری در مورد ZGA پستانداران کسب کنند. تقریباً یک دهه بعد، آزمایشگاه ریک، یک معادل انسانی پیدا کرد. کشف آزمایشگاه ریک راهی برای ارتقای دانش ما در مورد اولین رویدادها در طول رشد جنین انسان قبل از لانه‌گزینی باز می‌کند.

دکتر Jasmin Taubenschmid-Stowers، پژوهشگر آزمایشگاه Reik و نویسنده اصلی این مطالعه، اظهار داشت: "مطالعه سلول‌های بنیادی جنینی موش به محققان این امکان را داده است تا در مورد فرآیند کلی فعال‌سازی ژنوم اطلاعاتی کسب کنند، اما ما به لطف کشف سلول‌های بنیادی انسانی می‌توانیم حتی اطلاعات بیشتری درباره این مرحله مهم در رشد انسان بیاموزیم".

تصاویری که سلول‌های شبه هشت-سلولی (8C-like cells) انسان را در میان سلول‌های بنیادی جنینی ساده (سمت چپ) و جنین‌های هشت- سلولی انسان (سمت راست) نشان می‌دهند که دارای برچسب فلورسنت برای TPRX1 (سبز)، H3.Y (قرمز) و DNA (آبی) هستند. تصویر نشان می‌دهد که پروتئین‌های نشانگر ZGA (TPRX1 و H3.Y) در هر دو جمعیت سلولی وجود دارند.

به منظور انجام عملکرد، سلول‌ها نسخه‌هایی از ژنوم را به شکل کد RNA می‌گیرند که به پروتئین‌ها ترجمه می‌شود. خروجی کد RNA، رونوشت نامیده می‌شود و می‌توان از آن برای شناسایی جمعیت‌های مختلف سلول استفاده کرد. در این مطالعه، محققان از مجموعه داده‌های انسانی موجود و اطلاعات حاصله از مطالعات ESC موش، برای شناسایی علائم مشخصه رونوشت‌هایی که می‌توانند با فعال‌سازی ژنوم مرتبط باشند، استفاده کردند. آنها با استفاده از تکنیک‌های تک سلولی، جستجوی سلول‌های مشابه را در جمعیت ESCهای انسانی خود آغاز کردند. این تیم دریافتند که، زمانی که موج اصلی فعال‌سازی ژنوم رخ می‌دهد، زیرمجموعه‌ای از ESCهای انسانی با نشانه‌های رونویسی مناسب وجود دارند که با مرحله هشت- سلولی مطابقت خاص و بالقوه‌ای دارند. آنها این سلول‌ها را «سلول‌های شبه هشت-سلولی» یا 8CLCs نامیدند و از داده‌های انسانی منتشر شده برای تأیید و اعتبارسنجی بیشتر آنها استفاده کردند؛ زیرا که این سلول‌ها خروجی‌های مولکولی مشابهی دارند که نشان‌دهنده فعال‌سازی ژنوم است و می‌توان آنها را به عنوان مدلی قابل اعتماد برای مطالعات آینده دنبال کرد.

برای بررسی بیشتر میزان شباهت بین 8CLCs و مرحله هشت- سلولی جنین انسان، این تیم با پروفسور جنیفر نیکولز از مؤسسه سلول‌های بنیادیWellcome - MRC دانشگاه کمبریج کار کردند. آنها به کمک هم توانستند پروتئین‌های موجود در هر دو مجموعه سلولی را که نشان دهنده ZGA بودند، انتخاب و جستجو کنند. نتایج آنها نشان داد که پروتئین‌های مرتبط با ZGA در 8CLC با پروتئین‌های دیده‌ شده در جنین‌های هشت‌‌-سلولی انسان مطابقت دارد.

این کار تأیید کرد که سلول‌های شبه هشت-سلولی ما در سطح پروتئین نیز مطابقت دارند، علاوه بر داده‌های به دست آمده از رونویسی، این مطالعه تأیید می‌کند که سلول‌های هشت-سلولی با سلول‌های جنینی در سطوح مولکولی متعدد نیز مطابقت دارند.

پروفسور ریک، مدیر مؤسسه بابراهام گفت: تمرکز ما اکنون این است که این سلول‌ها را مشخص کنیم و خواص منحصر به فرد آنها را درک کنیم تا بتوانیم از سلول‌های هشت-سلولی به عنوان ابزاری برای جواب دادن به سؤالاتی در مورد تغییرات مولکولی که ممکن است در مرحله اولیه باعث ایجاد مشکلات رشدی شوند، استفاده کنیم.

پایان مطلب/

Ref:

1. Taubenschmid-Stowers J, Rostovskaya M, Santos F, et al. 8C-like cells capture the human zygotic genome activation program in vitro. Cell Stem Cell. 2022. doi: 10.1016/j.stem.2022.01.014.
2. Asami M, Lam BY, Ma MK, Rainbow K, Braun S, VerMilyea MD, et al. Human embryonic genome activation initiates at the one-cell stage. Cell stem cell. 2022;29(2):209-16. e4.