به گزارش پایگاه اصلاع رسانی بنیان، یک بزرگسال ناشنوا نمی‌تواند توانایی شنیدن را بازیابی کند، زیرا سلول‌های شنوایی حسی گوش داخلی پس از آسیب بازسازی نمی‌شوند. در دو مطالعه جدید، که توسط مؤسسه ملی بهداشت تأمین مالی شده و در نتایج اش مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم (PNAS) منتشر شده است، دانشمندان سلول‌های بنیادی USC توضیح می‌دهند که چرا این ایده است و چگونه ممکن است بتوانیم آن را تغییر دهیم.

پیش زمینه

جان دوک نگوین، اولین نویسنده یکی از مقالات گفت: " در سلول‌های پشتیبان غیرحسی گوش داخلی، ژن‌های کلیدی مورد نیاز برای تبدیل به سلول‌های حسی از طریق فرآیندی به نام خاموشی اپی ژنتیک خاموش می‌شوند. با مطالعه چگونگی خاموش شدن ژن‌ها، ما شروع به درک این موضوع می‌کنیم که چگونه می‌توانیم آن‌ها را برای بازسازی شنوایی دوباره فعال کنیم." نگوین اکنون در شرکت بیوتکنولوژی Genentech کار می‌کند و دکترای خود را در آزمایشگاه سلول‌های بنیادی USC نیل سگیل (محققی که در سال 2022 بر اثر سرطان لوزالمعده درگذشت)، به دست آورد. مقاله دوم به بررسی زمان و چگونگی توانایی تشکیل سلول‌های شنوایی حسی در گوش داخلی در وهله اول پرداخته و دو ژن خاص را توصیف می‌کند که می‌توانند برای بازسازی شنوایی در بزرگسالان مفید باشند. امیلی زیزی وانگ، نویسنده اول این مقاله، که همچنین به عنوان دانشجوی دکترا در آزمایشگاه سگیل کار می‌کند، گفت: " ما بر روی ژن‌های Sox4 و Sox11 تمرکز کردیم زیرا متوجه شدیم که آن‌ها برای تشکیل سلول‌های حسی شنوایی در طول توسعه ضروری هستند. گیج کرامپ، یکی از نویسندگان هر دو مقاله و رئیس موقت دپارتمان زیست شناسی سلول‌های بنیادی و پزشکی بازساختی USC در دانشکده پزشکی کک USC، افزود: " این دو مقاله نه تنها علم بزرگی هستند، بلکه نمونه‌ای بارز از میراث ماندگار نیل سگیل به عنوان یک مربی استثنایی برای نسل بعدی محققان سلول‌های بنیادی نیز هستند."

سکوت طلایی نیست

یکی از راه‌های مهمی که ژن‌ها را خاموش یا روشن می‌کند، شامل ترکیبات شیمیایی به نام گروه‌های متیل است که به DNA متصل می‌شوند و آن را غیرقابل دسترس می‌کنند. تمرکز مقاله نگوین نیز بر روی این مورد است. وقتی DNA که به سلول دستور تبدیل شدن به یک سلول شنوایی حسی را می‌دهد متیله شود، سلول نمی‌تواند به این دستورالعمل‌ها دسترسی پیدا کند. نگوین و همکارانش از جمله اندرو کی. گرووز، همکار قدیمی سگیل از کالج پزشکی بیلور،  که به عنوان نویسنده مسئول مقاله کار می‌کرد، از طریق آزمایش‌های خود با سلول‌های پشتیبان غیر حسی استخراج شده از گوش داخلی موش‌ها، تایید کردند که متیلاسیون DNA ژن‌هایی را که تبدیل به سلول‌های شنوایی حسی را ترویج می‌کنند، خاموش می‌کند، از جمله ژن Atoh1 که به عنوان تنظیم کننده اصلی توسعه گوش داخلی شناخته می‌شود. (سلول‌های مازاد مو، مانند سلول‌های معمولی مو سیگنال‌های الکتریکی تولید و با یاخته‌‌های عصبی ارتباط برقرار می‌کنند. با این حال، پس از این که دو هفته از تولد موش‌ها می‌گذرد (یعنی درست قبل از بلوغ آن‌ها)، محرک Atoh1 تاثیر ناچیزی پیدا می‌کند.) آنزیمی به نام TET می‌تواند گروه‌های متیل را از DNA حذف کند، در نتیجه خاموش شدن ژن را معکوس کرده و ظرفیت سلول‌های پشتیبان را برای تبدیل به سلول‌های موی حسی بازیابی می‌کند. (آنزیم‌های TET خانواده‌ای از متیل سیتوزین دی‌اکسیژنازهای ده یازده انتقالی (TET) هستند. آن‌ها در دی متیلاسیون DNA نقش بسزایی دارند. 5- متیل سیتوزین یک شکل متیله شده از سیتوزین (C) پایه DNA است که اغلب رونویسی ژن را تنظیم می‌کند و چندین عملکرد دیگر در ژنوم دارد. آنزیم‌های TET نقش مرکزی در دمتیلاسیون DNA مورد نیاز در طول جنین‌زایی، گامتوژنز، حافظه، یادگیری، اعتیاد و درک درد دارند.) بر این اساس، زمانی که دانشمندان فعالیت TET را مسدود کردند، سلول‌های پشتیبان متیلاسیون DNA خود را حفظ کردند و بنابراین نمی‌توانستند به سلول‌های موی حسی در ظرف کشت تبدیل شوند. جالب اینجاست که در یک آزمایش جداگانه، محققان میزان خاموشی ژن را در سلول‌های پشتیبان یک موش دچار ناشنوایی مزمن آزمایش کردند. آن‌ها دریافتند که خاموشی ژن تا حدی معکوس شده است، به این معنی که سلول‌های پشتیبان ظرفیت پاسخگویی به سیگنال‌ها برای تبدیل به سلول‌های شنوایی حسی را دارند. این یافته پیامدهای مهمی دارد، از جمله از دست دادن سلول های شنوایی حسی خود ممکن است تا حدی خاموشی ژن در سلول های حمایت کننده در افراد ناشنوای مزمن را معکوس کند. اگر چنین است، سلول های حمایت کننده افراد ناشنوای مزمن ممکن است به طور طبیعی به سلول های شنوایی حسی تبدیل شوند.

خاموش کردن Sox

در مقاله دوم، وانگ و همکارانش بررسی کردند که چه زمانی و چگونه سلول‌های پیش ساز گوش داخلی توانایی تشکیل سلول‌های شنوایی حسی را پیدا می‌کنند. دانشمندان مشخص کردند که چه زمانی سلول‌های پیش ساز این توانایی را به دست می آورند، بین روزهای 12 تا 13.5 رشد جنینی در موش. در طول این پنجره، سلول‌های پیش‌ساز ظرفیت پاسخگویی به سیگنال‌های ژن تنظیم‌کننده اصلی Atoh1 را به دست می‌آورند که باعث تشکیل سلول‌های شنوایی حسی در مراحل بعدی رشد می‌شود. آنچه سلول‌های پیش ساز را برای پاسخ به Atoh1 آغاز می‌کند، دو ژن اضافی Sox4 و Sox11 هستند که وضعیت این سلول‌ها را تغییر می‌دهند. در موش‌های جنینی فاقد Sox4 و Sox11، سلول‌های پیش ساز در گوش داخلی نتوانستند به سلول‌های شنوایی حسی تبدیل شوند. به طور خاص، از دست دادن Sox4 و Sox11 باعث غیرقابل دسترس شدن DNA سلول‌ها شد که اثری مشابه متیلاسیون DNA بود. از آنجایی که DNA آن‌ها غیرقابل دسترسی بود، سلول‌های پیش ساز نمی‌توانستند به سیگنال های Atoh1 پاسخ دهند. از طرف دیگر، سطوح بالای فعالیت Sox4 و Sox11 سلول‌های پیش‌ساز موش و سلول‌های پشتیبان را برای تشکیل سلول‌های شنوایی حسی در ظرف کشت تحریک کرد. در موش‌هایی با سلول‌های حسی آسیب دیده در گوش داخلی، سطوح بالای فعالیت Sox4 و Sox11 درصد سلول‌های پشتیبان دهلیزی را که به سلول‌های گیرنده حسی تبدیل می‌شوند از 6 درصد به 40 درصد افزایش داد. کسنیا گاندوا، نویسنده مسئول این مقاله که دوره پسادکتری خود را در آزمایشگاه سیگیل به پایان رسانده و اکنون استادیار دانشگاهUSC Tina and Rick Caruso  در بخش گوش و حلق و بینی و جراحی سر و گردن، و گروه زیست شناسی سلول‌های بنیادی و پزشکی بازساختی است، گفت: " ما از ادامه بررسی مکانیسم‌هایی که توسط آن‌ها سلول‌های گوش داخلی توانایی تمایز به عنوان سلول‌های حسی در طول رشد را به دست می‌آورند و اینکه چگونه می‌توان از این سلول‌ها برای ارتقا بازیابی سلول‌های شنوایی حسی در گوش داخلی انسان بالغ استفاده کرد، هیجان زده‌ایم."

پایان مطلب./