به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، در طول فرایندهای تکوینی، ژن‌های Hox به طور موقت با توجه به موقعیت‌های نسبی خود در خوشه‌هایشان فعال می‌شوند و به هویت‌های مناسب ساختارها در امتداد محور rostrocaudal کمک می‌کنند. برای درک مکانیسم زیربنایی این تایمر Hox، گروهی از جنین‌های مشتق شده از سلول‌های بنیادی جنینی موش استفاده کردند در واقع این تیم به جای استفاده از مدل حیوانی، تحقیقات خود را بر روی شبه جنین‌های رشد یافته در آزمایشگاه از سلول‌های بنیادی انجام دادند. زیرا همانطور که ظهور انگشت نگاری DNA به کشف پرونده‌های جنایی قدیمی کمک کرده است، مدل‌های سلولی جدید نیز ابزارهایی را در اختیار دانشمندان قرار می‌دهند تا سؤالات تحقیقاتی را که تنها با مدل‌های حیوانی نمی‌توان به آنها پاسخ داد، بازبینی کنند. در همین راستا پروفسور دنیس دوبول - که آزمایشگاه ژنومیک تکاملی EPFL را اداره می‌کند و همچنین استاد کالج فرانسه در پاریس است، در تلاش برای درک مکانیسم‌های اساسی تنظیم کننده رشد پستانداران، برای بیش از 30 سال است که او ژنوم موش را مطالعه کرده است. او به طور باورنکردنی در مورد فرصت‌های ارائه شده توسط "شبه جنین‌ها" که به عنوان جنین نیز شناخته می‌شوند، هیجان زده است. از آنجایی که این مدل‌های سلولی که در شرایط آزمایشگاهی از سلول‌های بنیادی کشت می‌شوند، ساختاری مشابه جنین‌ها دارند و تکوین آنها نیز ادامه می‌یابد، نویدبخشی برای درک بیشتر ما از جنین‌زایی یا فرآیند رشد جنینی هستند. نتایج این کار تیمی از آزمایشگاه Duboule در Nature Genetics منتشر شد.

ساعت داخلی تنظیم کننده رشد جنین

جنین پستانداران اولیه در امتداد محور قدامی-خلفی رشد می‌کند: ابتدا سر رشد می‌کند و سپس بقیه بدن در "مراحل" حرکت می‌کند و به سمت پایین محور به سمت دم حرکت می‌کند. در انسان، هر پنج ساعت یک مرحله جدید ایجاد می‌شود. در موش‌ها، این زمان به 90 دقیقه کاهش می‌یابد. محققان در آزمایشگاه Duboule مدت‌هاست به دنبال این بوده‌اند که بفهمند چگونه ژن‌های معمار یا ژن Hox  که به هر یک از این مراحل (مانند مهره گردن، یا دم در حال تولد در موش‌ها) هویت می‌دهند - براساس یک برنامه دقیق از طریق یک ساعت داخلی فعال می‌شوند. دوبول می‌گوید: «ما همیشه فکر می‌کردیم که چگونه مکانیزمی که این نوع سیستم زمان‌بندی را بر رشته‌های خطی DNA تحمیل می‌کند، می‌تواند به طور طبیعی تکامل یافته باشد. "این مانند یک ترانزیستور عمل می‌کند که در موش‌ها هر 90 دقیقه یک سیگنال منتشر می‌کند. ما 25 سال برای درک این پدیده با استفاده از مدل‌های حیوانی تلاش کردیم."

ژن‌های Hox

در پستانداران، ژن‌های Hox در حین گاسترولاسیون، زمانی که جنین محور اصلی بدن خود را تولید و سازماندهی می‌کند، رونویسی می‌شوند. در پایان گاسترولاسیون، جنین توزیع کلاسیک mRNA های Hox را با دامنه‌های به تدریج همپوشانی نشان می‌دهد. در نتیجه، سلول‌ها در سطوح مختلف بدن قدامی-خلفی (AP) ترکیب‌های مشخصی از پروتئین‌های HOX را بیان می‌کنند، که ممکن است از نظر ژنتیکی به جمعیت‌های سلولی دستور دهد که مورفولوژی‌هایی را که باید تولید کنند. فعال‌سازی فضایی هر ژن Hox تا حد زیادی با موقعیت نسبی آن در خوشه ژنومی آن مشخص می‌شود. در مهره داران، این مکانیسم با یک توالی زمانی در فعال سازی رونویسی مرتبط است. اگرچه عملکرد این تایمر قبلاً مورد بحث قرار گرفته است، اما هنوز مکانیسم آن به دلیل مشکلات تجزیه و تحلیل سلول‌های پیش ساز عصبی- مزودرمی که محور طویل شونده را با بافت مزودرم جدید و نوراکتودرم تغذیه می‌کنند، مشخص نشده است. بنابراین تمامی ژن‌های Hox در طول اکستنشن محوری فعال می‌شوند.

چالش ارزیابی عملکرد مکانیسم ساعت داخلی

مشکل این است که این مکانیسم پس از لانه گزینی جنین در دیواره رحم شروع به کار می‌کند، که همین موضوع عدم دسترسی، مشاهده آن را برای محققان سخت می‌کند. دوبول می افزاید: « زیرا در این مرحله، جنین آنقدر کوچک است که هنوز نمی‌توانیم آن را در رحم پیدا کنیم. ما تاکنون هرگز موفق نشده بودیم که روشی پیدا کنیم تا بتوانیم آنچه را که در حال رخ دادن است مشاهده کنیم.» همه اینها یک دهه پیش با ظهور جنین‌ها تغییر کرد - ساختارهای سلولی که فاقد ویژگی‌های لازم برای تبدیل شدن به موجودات زنده کاملاً رشد یافته هستند. Hocine Rekaik، محقق آزمایشگاه Duboule و نویسنده اصلی مقاله، جنین‌ها را برداشت و آن‌ها را خالص و یکدست کرد تا بخشی از ساختاری که این مراحل را می‌سازد، را بدست آورد. نتیجه این آزمایش، یک مدل سلولی ساده اما بسیار واقعی بود.

پروتئین مهارکننده CTCF

دوبول توضیح می‌دهد: "در یک بخش DNA، پروتئین CTCF به عنوان نوعی مسدود کننده عمل می‌کند و بیان ژن Hox واقع در پشت آن را به تأخیر می‌اندازد. فشاری که سیگنال فعال سازی را تحریک می‌کند از کوهزین، یک مجتمع پروتئینی می‌آید. هوسین انیمیشن‌هایی را توسعه داد که در آن ما را مشاهده کردیم. می‌توان این فرآیند را در کروماتین (ساختار حاوی DNA) مشاهده کرد - چیزی که برای یک جنین واقعی تا حد زیادی غیرممکن است زیرا با گذشت زمان سیستم پیچیده‌تر و بی‌نظم‌تر می‌شود. همه چیز را بسیار یکنواخت تر می‌کند. این بدان معناست که ما می‌توانیم مکانیسم را در حین انجام آن تماشا کنیم."

نویدبخش روش‌های جدید

دوبول به خصوص از مدل جدیدی که تیمش توسعه داده است خوشحال است - نه تنها به دلیل قولی که برای تحقیقات آینده دارد، بلکه به دلیل استفاده از آن نسبتاً سریع و آسان و ارزان‌تر از مدل‌های حیوانی مشابه است. او همچنین از اینکه جایگزینی واقعی برای موش‌ها پیدا کرده است، احساس آرامش کرده است. او می‌گوید: «ما از حیوانات زیادی در آزمایشگاهم استفاده کرده‌ایم، بنابراین بسیار خوشحالم که با نزدیک شدن به پایان کارم، شاهد ظهور مدل‌های جایگزین هستم». "من فکر نمی‌کنم که ما هنوز در مرحله‌ای باشیم که بتوانیم به طور کامل از حیوانات در تحقیقات محض صرف نظر کنیم، اما روش‌های نویدبخش جدید در برخی زمینه‌ها درحال ظهور هستند. ما وارد عصر جدیدی می‌شویم که می‌توانیم در شرایط آزمایشگاهی ابزار زنده و قابل بررسی تولید کنیم. مدل‌های بیولوژیکی که آنقدر واقع بینانه هستند که در برخی موارد، ما لزوماً مجبور به استفاده از حیوانات نخواهیم بود. من فکر می‌کنم که که بعد از مدتی ما شاهد عدم استفاده از مدل‌های حیوانی خواهیم بود."

تحولی در تحقیقات پایه با بکارگیری ارگانوئیدها

در EPFL، گروه‌های تحقیقاتی به طور فزاینده‌ای از روش‌های به اصطلاح جایگزین مانند ارگانوئیدها - میکروبافت‌های چند سلولی رشد یافته از سلول‌های بنیادی که ساختار و عملکرد برخی از اندام‌های انسان را تقلید می‌کنند، استقبال می‌کنند. این روش‌ها تحقیقات پایه را متحول می‌کنند، که هدف آن ایجاد تصویری دقیق از نحوه عملکرد مکانیسم‌های خاص است. اما آنها در تحقیقات توسعه دارو، جایی که هدف دانشمندان درک چگونگی تأثیر یک مولکول بر یک سیستم معین است، کمتر مفید هستند. در مواردی مانند این، مدل‌های حیوانی هنوز نقش مهمی را ایفا می‌کنند.

پایان مطلب/.