به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، سلول‌های بنیادی یک شگفتی بیولوژیکی هستند، زیرا آنها می‌توانند سلول‌ها را ترمیم (جایگزینی و بازسازی) کنند. در اکثر حیوانات و انسان‌ها، این سلول‌ها فقط به بازسازی نوع سلولی که به آن اختصاص داده شده‌اند محدود می‌شوند. بنابراین سلول‌های بنیادی مو فقط مو می‌سازند. سلول‌های بنیادی روده فقط روده‌ها را می‌سازند. اما، بسیاری از بی‌مهرگانی هستند، که دارای جمعیتی از سلول‌های بنیادی هستند که در حیوانات بالغ پرتوان هستند، به این معنی که آنها می‌توانند تقریباً هر نوع سلول جداشده و ازبین رفته را بازسازی کنند، فرآیندی که به آن بازسازی کل بدن نیز گفته می‌شود. اگرچه این سلول‌های بنیادی پرتوان بالغ (aPSCs) در بسیاری از انواع مختلف حیوانات (مانند اسفنج‌ها، هیدراتها، کرم‌های مسطح، کرم‌های آکوئل و برخی دیگر وجود دارد که معمولا نیز در آب‌های دریایی یافت می‌شوند، ولی با این حال مکانیسم نحوه ساخت مجدد اندام، بافت و یا سلول در هیچ گونه‌ای از آنها شناخته نشده است. بنابراین محققان دپارتمان زیست شناسی ارگانیسمی و تکاملی در دانشگاه هاروارد در یک مطالعه جدید مکانیسم سلولی و مسیر مولکولی تشکیل aPSCها را در کرم  acoel، Hofstenia miamia، شناسایی کردند.

معرفی کرم آکوئل Hofstenia miamia

آکوئل‌ها کرم‌های دریایی هستند که متعلق به شاخه Xenacoelomorpha، که دارای زاده‌هایی با واگرایی عملکردی دوجانبه هستند. این امر آکوئل‌ها را به یک سیستم جذاب برای مطالعه تکامل صفات اصلی دوجانبه تبدیل کرده است. رشد سریع و منحصر به فرد آکوئل در سطوح مورفولوژیکی و ترانسکریپتومی آن را به گونه‌ای معروف کرده است که مطالعات ژنتیکی عملکردی در آنها امکان‌پذیربوده و به خوبی قابل بررسی و ردیابی است.

قدرت ترمیم در گونه  H. miamia

H. miamia، که به عنوان کرم پلنگی سه نواری نیز شناخته می‌شود، گونه‌ای است که می‌تواند با استفاده از aPSC‌ها به نام "نئوبلاست" به طور کامل بازسازی شود. اگر H. miamia را به قطعاتی خرد کنید، هر تکه از بدن به شکل بدن جدیدی شامل همه چیز از دهان گرفته تا مغز رشد می‌کند. پروفسور Mansi Srivastava ، نویسنده ارشد، سال‌ها پیش H. miamia را به دلیل توانایی بازسازی آن در این زمینه جمع آوری کرد. پس از بازگشت به آزمایشگاه، H. miamia  شروع به تولید جنین‌های زیادی کرد که به راحتی قابل مطالعه بودند.

تولید  H. miamiaتراریخته برای یافتن پاسخ

کیمورا دانشجوی PhD این طرح می‌گوید: «یک ویژگی مشترک در میان حیواناتی که می‌توانند بازسازی شوند، وجود سلول‌های بنیادی پرتوان در بدن بالغ است. این سلول‌ها مسئول بازسازی قسمت‌های از دست رفته بدن در هنگام زخمی شدن حیوان هستند. با درک اینکه چگونه حیواناتی مانند H. miamia این سلول‌های بنیادی را می‌سازند، احساس کردم که می‌توانیم بهتر بفهمیم که چه چیزی به حیوانات خاصی توانایی بازسازی می‌دهد.

در مطالعه قبلی که توسط Srivastava و یکی از نویسندگان محقق فوق دکتری Lorenzo Ricci  انجام شد یک پروتکل برای ایجاد کرم H. miamia تراریخته طراحی کردند. تراریخته فرآیندی است که چیزی را وارد ژنوم یک موجود زنده می‌کند که به طور معمول بخشی از آن ژنوم نیست. در واقع این روش به این گروه اجازه داد تا سوال خود را در مورد چگونگی ساخت این سلول‌های بنیادی دنبال کنند  Srivastava گفت: بیشتر بررسی‌ها تاکنون در زمینه حیوانات بالغ مورد مطالعه قرار گرفته‌اند و نشان داده‌اند که این جمعیت از سلول‌های بنیادی در حیوانات بالغ با بیان ژنی به نام Piwi این توانایی را کسب می‌کنند. اما تاکنون در هیچ گونه‌ای هیچ کس نتوانسته است بفهمد که این سلول‌های بنیادی چگونه ساخته می‌شوند.

فرضیه به کارگرفته شده برای طراحی آزمایش

محققان می‌دانستند که تخم‌های کرم حاوی aPSC هستند، بنابراین استدلال کردند که باید این‌ سلول‌ها در طول جنین‌زایی ساخته شده باشند. Ricci از این کرم تراریخته برای ایجاد خطی استفاده کرد که به دلیل ورود پروتئینKaede  به سلول، سلول‌های جنین را به رنگ سبز فلورسنت در آورد. بنابراین می‌توانید سلول‌های دارای درخشش را با لیزر جدا کنید تا تک تک سلول‌های سبز جنین را به رنگ قرمز تبدیل کنید و همینطور می‌توان از این روش برای انجام ردیابی سلول‌ها وزاده‌های حاصل از آنها در جنین‌ها و تماشای آنچه اتفاق می‌افتد استفاده کرد. بنابراین کیمورا به خوبی توانست رشد جنین و حتی نحوه تقسیم تک سلولی به سلول‌های متعدد را دنبال کند. تقسیم اولیه این سلول‌ها مشخص شد، به این معنی که سلول‌های جنین دقیقاً به همان الگوی تکراری جنین اولیه و با یک وظیفه مشخص تقسیم می‌شدند به طوری که می‌توانستیم سلول‌ها را به طور مداوم نام‌گذاری و دنبال کنیم. این الگوی تقسیم، این احتمال را افزایش داد که شاید هر سلول منفرد هدف منحصر به فردی داشته باشد. به عنوان مثال، در مرحله هشت سلولی، این امکان وجود دارد که سلول گوشه بالا و سمت چپ، بافت خاصی را بسازد، در حالی که سلول پایین، سمت راست، بافت دیگری را بسازد. در مشاهدات یک جفت سلول در مرحله 16 سلولی جنین به رنگ قرمز تبدیل شد. با گذشت زمان، این سلول‌ها تقسیم ‌شدند تا سلول‌های بیشتری بسازند، سپس به داخل جنین رفته و سلول‌های بنیادی کرم را تشکیل دادند.

رنگامیزی سلول‌ها برای تعیین عملکرد نهایی هر سلول

برای تعیین عملکرد هر سلول، کیمورا به طور سیستماتیک تبدیل عکس را برای هر یک از سلول‌های جنین اولیه انجام داد و درنهایت یک نقشه سرنوشت کامل را در مرحله هشت سلولی ایجاد کرد. او برای این کار خودش سلول‌هایی را که فرض می‌کرد نقش کلیدی دارند قرمز کرد، سپس سرنوشت سلول‌های دارای برچسپ قرمز را تا زمانی که کرم رشد کرد و به یک فرد بالغ تبدیل شد، ردیابی کرد، در جنین مرحله شانزده سلولی، او یک جفت سلول بسیار خاص را پیدا کرد که باعث پیدایش سلول‌هایی شد که به نظر نئوبلاست( سلول‌های بنیادی کرم) هستند. کیمورا گفت: "این واقعا ما را هیجان زده کرد، اما هنوز این احتمال وجود داشت که نئوبلاست‌ها از چندین منبع در جنین اولیه به وجود آمده باشند، بنابراین برای یافتن سلول‌هایی که از نظر مشابه نئوبلاست‌ها بودند، ما باید نشان می‌دادیم که آنها مانند نئوبلاست‌ها نیز رفتار می‌کنند.

یافتن ویژگی‌های سلول‌های بنیادی در نئوبلاست‌ها

برای اطمینان از اینکه این سلول‌ها نئوبلاست باشند باید تمام ویژگی‌های شناخته شده سلول‌های بنیادی را برآورده می‌کردند، کیمورا ابتدا این مجموعه خاص از سلول‌ها را که 3a/3bدر H. miamia نامیده می‌شدند، مورد آزمایش قرار داد. سوال اول این بود که آیا زاده‌های حاصل از این سلول‌ها در طول بازسازی بافت جدیدی را می‌سازند؟ محققان دریافتند که بله، نتاج حاصل از آنها بافت جدیدی در طول بازسازی بافت ایجاد کردند. یکی دیگر از ویژگی‌های تعیین کننده سطح بیان ژن در سلول‌های بنیادی است که باید صدها ژن در این سلول‌ها بیان شده باشد. برای تعیین اینکه آیا 3a/3b با این ویژگی مطابقت دارد یا خیر، کیمورا برای مقایسه، نتاج را که در 3a/3b به رنگ قرمز می‌درخشیدند با سایر سلول‌های دیگر به رنگ سبز می درخشیدند انتخاب کرد و از دستگاه مرتب سازی استفاده کرد که سلول‌های قرمز و سبز را از هم جدا کند. او سپس از فناوری توالی‌یابی تک سلولی استفاده کرد تا بپرسد کدام ژن در سلول‌های قرمز و سلول‌های سبز بیان می‌شوند. این داده‌ها تایید کرد که در سطح مولکولی فقط نتاج سلول‌های3a/3b با سلول‌های بنیادی مطابقت دارند و نه نتاج سایرسلول‌ها.

یافتن کنترل‌کننده‌های مهم در ایجاد سلول‌های بنیادی

کیمورا گفت: "این تایید قطعی این واقعیت بود که ما منبع سلولی جمعیت سلول‌های بنیادی را در سیستم خود پیدا کردیم." اما مهمتر از همه، دانستن منبع سلولی سلول‌های بنیادی اکنون راهی را به ما می‌دهد تا سلول‌ها را در حین بلوغ جذب کنیم و مشخص کنیم چه ژن‌هایی در ساخت آنها نقش دارند.» زیرا با انجام این کار، کیمورا ‌توانست به وضوح مشخص کند که کدام ژن به طور خاص در دودمان سلول‌های سازنده سلول‌های بنیادی بیان می‌شوند. کیمورا گفت: "مطالعه ما مجموعه‌ای از ژن‌ها را نشان می‌دهد که می‌توانند کنترل کننده‌های بسیار مهمی برای تشکیل سلول‌های بنیادی باشند." همولوگ‌های این ژن‌ها نقش مهمی در سلول‌های بنیادی انسان دارند و این در بین گونه‌ها مرتبط است.

رویکردهای دنبال شوند در ادامه راه

Srivastava گفت: جولیان در آزمایشگاه من شروع به مطالعه نحوه ساخت سلول‌های بنیادی در جنین کرد و این یک داستان باورنکردنی است که وقتی فارغ التحصیل شد متوجه آن شده بود. محققان قصد دارند به کاوش عمیق‌تر در مکانیسم نحوه عملکرد این ژن‌ها در سلول‌های بنیادی Hofstenia miamia ادامه دهند، تا بتوانند نحوه تکامل طبیعت در ساخت و نگهداری سلول‌های بنیادی پرتوان را پیدا کنند. دانستن تنظیم‌کننده‌های مولکولی aPSCs به محققان این امکان را می‌دهد که این مکانیسم‌ها را در بین گونه‌ها مقایسه کنند و نشان دهند که سلول‌های بنیادی پرتوان چگونه در حیوانات تکامل یافته‌اند.

پایان مطلب/.