به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، در طول دو دهه گذشته، دانشمندان متوجه شده‌اند که فرآیند پلاستیسیته سلولی بسیارپیچیده‌تر از آن‌چیزی است که مدت‌ها فکر می‌کردند. اکنون، با استفاده از گورخرماهی به عنوان مدل، یک تیم تحقیقاتی دانشگاه میشیگان کشف کرده‌اند که یک حلقه در میتوکندری بدن( اندامک‌های درون سلول‌هایی که برای بدن انرژی تولید می‌کنند ) ممکن است به سلول‌ها اجازه دهد تا در مسیر تمایز عقب‌نشینی کنند. نتایج آنها در Proceedings of the National Academy of Sciences منتشر شده است.

یک ایده قدیمی در مورد نحوه تمایز سلول بنیادی

"سرنوشت و تمایز سلولی شبیه به توپی است که از تپه می‌دود. توپ سلول بنیادی است. سلول بنیادی تقسیم شده و به یک سلول پیش ساز از رده‌های تمایزی پوست، نورون، کبد و سلول ماهیچه ای آینده تبدیل می‌شود. Cunming Duan، استاد U-M زیست شناسی مولکولی، سلولی و تکوینی و مدیر برنامه کارشناسی علوم اعصاب، گفت: «دویدن از سربالایی به سراشیبی برای مدت طولانی ایده بود.» مردم همچنین فکر می‌کردند که این در مورد بازسازی بافت بزرگسالان نیز صادق است. اگر پوست خود را بریدید یا عضله شما آسیب دید، تصور این بود که این جمعیت از سلول‌های بنیادی بالغ همانند توپی هستند که از تپه می غلتند تا این کار را انجام دهند. در چند دهه اخیر، محققان نشان داده اند که این ایده طرح شده بسیار ساده و قابل فهم است."

Duan می‌گوید اکنون محققان هم می‌دانند که سلول می‌تواند از تپه عبور کند و به یک نوع سلول متفاوت تبدیل شود و هم اینکه سلول‌ها می‌توانند به بالای یک تپه برگردند و به سلولی پیش‌ساز تبدیل شوند تا سلول‌های بیشتری تولید کنند. به عنوان مثال، در پانکراس انسان، سلول‌هایی به نام سلول‌های آلفا، هورمونی به نام گلوکاگون تولید می‌کنند و سلول‌های بتا در لوزالمعده نیز هورمون انسولین را تولید می‌کنند. اما نکته اینجاست که سلول‌های آلفا هم می‌توانند به سلول‌های بتا تبدیل شوند. سلول‌ها همچنین می‌توانند در صورت استرس یا آسیب دیدگی، تمایز زدایی کنند. به عنوان مثال، اگر یک سلول بتا بتواند تمایززدایی کند، به یک سلول پیش ساز تبدیل می‌شود و سلول‌های بتا سالم بیشتری تولید می‌کند.

فرایند تمایززدایی

دوان گفت، مطالعات اخیر نشان داده است که تمایززدایی در واقع منحصر به فرد به سلول بنیادی نیست: بسیاری از سلول‌های کاملاً تمایز یافته هم می‌توانند در صورت آسیب رسیدن به بافت، از تپه عقب بروند و مجدد تمایز یابند. سلول‌های سرطانی نیز این نوع انعطاف پذیری را از خود نشان داده اند و همین امر توانایی درمان آنها را پیچیده کرده است. دوان گفت، اما مطالعات قبلی در مورد درک فرآیند تمایززدایی در سیستم‌های مصنوعی انجام شده است. .لی اکنون شما نمی‌توانید با جراحی بخشی از قلب ماهی را بردارید یا بخشی از کبد پستانداران را جدا کنید و فرآیندهای سلولی را مطالعه کنید. بنابراین دوان و تیم تحقیقاتی او برای نشان دادن این فرایند، مدلی را در گورخرماهی توسعه دادند.

روش مطالعاتی برای درک فرآیند تمایززدایی

در این مدل، محققان یون کلسیم سلول‌های اپیتلیال را با یک پروتئین فلورسنت سبز که این سلول‌ها را روشن می کند، برچسب گذاری کردند. سپس با استفاده از آن، آنها توانستند این سلول‌های تمایز یافته را وادار کنند تا دوباره وارد چرخه سلولی شوند و تقسیم سلولی را تجسم کنند و به ویژه روی فرآیندهای مربوط به میتوکندری بزرگنمایی کنند. میتوکندری‌ها را اغلب «نیروگاه» سلول می‌نامند. آنها ATP را تولید می‌کنند، مولکولی که انرژی را در سلول‌های همه موجودات زنده حمل می‌کند. دوان گفت، اما میتوکندری‌ها علاوه بر این کار وظایف بیشتری دارند. هنگامی که آنها قند را برای تولید ATP تجزیه می‌کنند، گونه‌های اکسیژن فعال یا ROS  (مواد شیمیایی بسیار واکنش پذیر که می توانند باعث آسیب سلولی شوند ) را تولید می‌کنند. با این حال، هنگامی که میتوکندری‌ها ROS میتوکندریایی را در مقادیر صحیح آزاد می‌کنند، این فاکتورها به عنوان مولکول‌های پیام رسان عمل می‌کنند. بنابراین این تیم دریافتند که وقتی تمایز زدایی و تکثیر سلولی القا شد، تولید ATP افزایش یافت و سطح ROS میتوکندری در این سلول‌ها افزایش یافت.

مکانیسم پیام رسانی ROS میتوکندری

هنگامی که سطح ROS در میتوکندری بالا می‌رود، آنزیمی که در پاسخ استرس سلولی به نام Sgk1 نقش دارد نیز در سیتوپلاسم سلول افزایش می‌یابد. سپس Sgk1 از سیتوپلاسم به داخل میتوکندری حرکت می‌کند، جایی که آنزیمی را که ATP سنتز می‌کند فسفریله می‌کند و باعث تولید ATP می‌شود. برای آزمایش تأثیر این حلقه بر توانایی سلول برای تمایز زدایی، محققان هر مرحله از این چرخه را مسدود کردند. دوان گفت: "ما احساس می‌کنیم که این در واقع برای بازگشت سلول در چرخه سلولی لازم است." در سیستم ما، اگر آنزیم پروتئین ATP را حذف کنیم یا اگر Sgk1 را حذف کنیم و یا اگر تولید ROS را مسدود کنیم، یا به بیانی دیگر اگر هر یک از مراحل را مسدود کنیم، سلول دیگر نمی‌تواند به چرخه سلولی برگردد.

بررسی فرایند در سرطان سینه

محققان سپس این حلقه میتوکندری را در سلول‌های زنده سرطان سینه انسان بررسی کردند و دریافتند که همان مراحل در سلول‌های سرطان سینه انسان نیز انجام می‌شود. آنها می‌گویند که این نشان می‌دهد که این مکانیسمی است که معمولاً حفظ می‌شود و برای اکثر سلول‌ها نیز مفید است و سلول‌های سرطانی یکی از انواع سلول‌های Duan هستند و تیم او امیدوار است که این کشف روزی بتواند به عنوان یک هدف درمانی قرار گیرد زیرا درک پلاستیسیته سلولی در زیست شناسی احیا کننده برای بازسازی بافت مهم است، اما برای بیماری‌هایی مانند سرطان نیز بسیار مهم تر است.

پیام مطالعه

نوسازی سلولی برای هموستاز و بازسازی بافت حیاتی است. با استفاده از یک مدل گورخرماهی، نشان دادیم که افزایش پتانسیل غشای میتوکندری و چرخه TCA/OXPHOS برای ورود مجدد چرخه سلولی لازم و کافی است. افزایش فعالیت میتوکندریایی منجر به افزایش سنتز ATP و تولید ROS می‌شود. افزایش ROS میتوکندریایی نیز بیان میتوکندری Sgk1 را القا می‌کند. Sgk1 با تعدیل حالت فسفوریلاسیون سنتاز F1Fo-ATP و سنتز ATP، سرنوشت سلول را تغییر می‌دهد. این حلقه سیگنالینگ همچنین واسطه ورود فاز S وابسته به متابولیسم میتوکندری در سلول‌های سرطان سینه انسان است، که نشان می‌دهد این یک مکانیسم حفظ‌شده تکاملی است.

چالش‌ها و چشم اندازهای کار

دوان گفت: "سلول‌های سرطانی نیز دارای این نوع انعطاف‌پذیری هستند، و این به عنوان یکی از چالش‌های اصلی در نظر گرفته می‌شود که چرا ما نمی‌توانیم سلول‌های سرطانی را به راحتی درمان کنیم. اگر یک سلول بنیادی سرطانی را از بین ببرید، دیگری می‌تواند بازگردد." در مرحله بعد، Duan امیدوار است بتواند این حلقه میتوکندریایی را در سایر انواع سلول‌ها بهتر درک کند، با این ایده که روزی می‌توان مسیر را هم برای بازسازی بافت و هم برای جلوگیری از رشد غیر طبیعی مانند سرطان هدف قرار داد. او گفت: "سلول‌ها و حیوانات بسیار انعطاف پذیرتر از آن چیزی هستند که ما تصور می‌کردیم. آنها بسیار انعطاف پذیرتر هستند، زیرا ما قبلاً فکر می‌کردیم که آنها به نوعی سفت و سخت هستند." ولی اکنون می‌دانیم که میتوکندری نقش بسیار مهم‌تری را در سلول ایفا می‌کند که تا به حال فکر می‌کردیم. ما مسیر بسیار پیچیده‌ای را پیدا کردیم که در سطح درون سلولی کار می‌کند و توانایی سلول را برای انعطاف‌پذیری و پلاستیک بودن دیکته می‌کند.

پایان مطلب/.