به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، سلول‌ها در صورت برنامه‌ریزی مجدد برای سلول‌های بنیادی پرتوان القایی انسان (سلول‌های hiPS) تحت یک پیکربندی مجدد اپی ژنوم اصلی قرار می‌گیرند. با این حال، اپی ژنوم سلول‌های hiPS و سلول‌های بنیادی جنینی انسان (hES) به طور قابل توجهی متفاوت است، که بر عملکرد سلول‌های hiPS تأثیر می‌گذارد. این تفاوت‌ها شامل حافظه اپی ژنتیک و انحرافاتی است که در طول برنامه ریزی مجدد ظاهر می‌شوند، که تاکنون مکانیسم‌های آن ناشناخته باقی مانده است. در همین راستا در مطالعه‌ای که در نیچر منتشر شده است، دانشمندان استرالیایی یک مشکل قدیمی در پزشکی احیا کننده را حل کرده‌اند. این تیم به سرپرستی پروفسور رایان لیستر از موسسه تحقیقات پزشکی هری پرکینز و دانشگاه استرالیای غربی و پروفسور خوزه ام پولو از دانشگاه موناش و دانشگاه آدلاید، روش جدیدی را برای برنامه ریزی مجدد سلول‌های انسانی برای تقلید بهتر سلول‌های بنیادی جنینی توسعه دادند. این روش پیامدهای قابل توجهی برای مصارف زیست پزشکی و درمانی دارد.

برنامه‌ریزی مجدد سلول‌های سوماتیک

برنامه‌ریزی مجدد سلول‌های سوماتیک برای ایجاد حالت‌هایی شبیه به سلول‌های hES به بازسازی اپی‌ژنوم اساسی نیاز دارد. تولید سلول‌های hiPS توسط بیان نابجای فاکتورهای رونویسی OCT4، KLF4، SOX2 و MYC (که از این به بعد در مجموع به عنوان OKSM نامیده می‌شود) پرکاربردترین روش است. علیرغم شباهت زیاد سلول‌های بنیادی پرتوان القایی (iPS) و سلول‌های بنیادی جنینی (ES) شواهد قابل توجهی نشان می‌دهد که سلول‌های iPS از نظر اپی ژنتیکی و عملکردی(از جمله حافظه اپی ژنتیکی سلول سوماتیک باقیمانده و انحرافات اپی ژنتیکی de novo)  از سلول‌های ES متمایز هستند. گزارش‌های قبلی نشان داده‌اند که متیلاسیون DNA و تغییرات هیستون این تفاوت‌های اپی ژنتیکی را رمزگذاری می‌کنند، که از طریق تمایز قابل انتقال هستند. با این حال، مکانیسم‌های زیربنای چگونگی ظهور حالت‌های اپی ژنتیک نابجا در طول برنامه‌ریزی مجدد همچنان ناشناخته باقی مانده است.

مزایای فرایند برنامه‌ریزی مجدد

در یک پیشرفت انقلابی در اواسط دهه 2000، کشف شد که سلول‌های بالغ غیر تولید مثلی بدن، به نام سلول‌های سوماتیک، می‌توانند به طور مصنوعی به حالتی شبیه سلول‌های بنیادی جنینی (ES) برنامه‌ریزی شوند که توانایی تولید هر سلول بدن را دارند. توانایی برنامه‌ریزی مجدد مصنوعی سلول‌های سوماتیک انسان، مانند سلول‌های پوست، برای ایجاد سلول‌های بنیادی پرتوان القایی (iPS)، راهی برای تولید نامحدود سلول‌های شبه ES، با کاربردهای گسترده در مدل‌سازی بیماری‌ها، غربالگری داروها و درمان های مبتنی بر سلول فراهم کرده است.

مقایسه ESCها و iPSCها

ESCها و iPSCها از نظر کلی و در بسیاری از رفتارهای فنوتیپی، از جمله مورفولوژی سلولی، بیان نشانگرهای پرتوانی، تشکیل تراتوم، توانایی برای تمایز به لایه های جوانه و مکمل تتراپلوئید.مشابه هستند  با این حال، مطالعات اخیر در مورد مقایسه پروفایل بیان ژن ESCها و iPSCها پیشنهاد کرده اند که iPSCها یک سلول منحصر به فرد هستند زیرا زیرگروه متمایز از ESCها و iPSC ها از نظر اپی زنومیک با هم متفاوت بودند، یعنی اینکه برخی از برنامه‌های بیانی سلول منشا خود را حفظ می‌کنند.  بنابراین علیرغم شباهت زیاد بین ESCها و iPSCها، چندین تفاوت اساسی بین این سلول ها وجود دارد که پیامدهای مهمی در مورد مدل سازی بیماری دارند.

مشکل اصلی فرآیند برنامه‌ریزی مجدد

پروفسور لیستر گفت: «با این حال، یک مشکل دائمی در فرآیند برنامه‌ریزی مجدد مرسوم این است که سلول‌های iPS می‌توانند حافظه اپی ژنتیکی از حالت سوماتیک اولیه خود و همچنین سایر ناهنجاری‌های اپی ژنتیکی را حفظ کنند.» بنابراین این مشکل می‌تواند تفاوت‌های عملکردی بین سلول‌های iPS و سلول‌های ES که قرار است از آنها تقلید کنند ایجاد کند و استفاده از آنها را در تولید سلول‌های تخصصی که متعاقباً از آنها مشتق می‌شوند، محدود ‌کند.»

روش جدیدی به نام برنامه ریزی مجدد درمان گذرا (TNT)

پروفسور خوزه پولو، که همچنین با موسسه کشف زیست پزشکی موناش همکاری می‌کند، توضیح داد که آنها اکنون روش جدیدی به نام برنامه ریزی مجدد درمان گذرا (TNT) ایجاد کرده‌اند که طی آن اپی ژنوم سلول را را به سلولی که در مراحل اولیه تکوینی جنینی است مشابه می‌کند. اساساً، این فرآیند نواحی کروماتینی سرکوب‌کننده را به حالتی شبیه سلول‌های بنیادی جنینی پیکربندی می‌کند، به نحوی که در چاپ ژنومی اختلال ایجاد نکند. او گفت: «این به طور قابل توجهی تفاوت بین سلول‌های iPS و سلول‌های ES را کاهش می‌دهد و اثربخشی نحوه استفاده از سلول‌های iPS انسانی را به حداکثر می‌رساند». دکتر سام باکبری، دانشمند محاسباتی از مؤسسه هری پرکینز، UWA، و مؤسسه Telethon Kids، و نویسنده اول این مطالعه، گفت که با مطالعه چگونگی تغییر اپی ژنوم سلول‌های سوماتیک در طول فرآیند برنامه ریزی مجدد، آنها به طور دقیق زمان ظهور انحرافات اپی ژنتیکی را مشخص کردند. و یک مرحله جدید تنظیم مجدد اپی ژنوم را برای جلوگیری از برخورداری از حافظه قدیمی و پاک کردن آن معرفی کرد.

مزایای روش TNT نسبت به روش معمولی برنامه ریزی مجدد

دکتر Xiaodong Liu، دانشمند سلول‌های بنیادی که این پژوهش را نیز رهبری کرد، گفت که سلول‌های جدید TNT-iPS انسانی بسیار شبیه‌تر از سلول‌های ES انسان - هم از نظر مولکولی و هم از نظر عملکرد - نسبت به سلول‌های تولید شده با استفاده از برنامه‌ریزی مجدد معمولی هستند. دکتر دانیل پوپ، زیست‌شناس سلولی از UWA، مؤسسه هری پرکینز و نویسنده اول، گفت سلول‌های iPS تولید شده با استفاده از روش TNT به سلول‌های دیگر، مانند پیش‌سازهای عصبی، بهتر از سلول‌های iPS تولید شده با روش استاندارد تمایز می‌یابند.  جیا تان، دانشجوی دانشگاه موناش و نویسنده اول، گفت که روش TNT این تیم دینامیت بود. او گفت: «این روش جدید مشکل مربوط به سلول‌های iPS معمولی تولید شده را حل می‌کند، زیرا در صورت عدم رسیدگی می‌تواند عواقب بسیار زیان‌باری برای سلول‌درمانی در درازمدت داشته باشد».

چشم انداز روش برنامه‌ریزی مجدد TNT

پروفسور پولو گفت که هنوز مکانیسم‌های مولکولی دقیق زیربنای انحرافات اپی ژنوم iPS و اصلاح آن‌ها به طور کامل شناخته نشده است و برای درک آن‌ها به تحقیقات بیشتری نیاز است. پروفسور لیستر گفت: «پیش‌بینی می‌کنیم که برنامه‌ریزی مجدد TNT معیار جدیدی برای سلول‌درمانی‌ها و تحقیقات زیست‌پزشکی ایجاد می‌کند و پیشرفت آن‌ها را به میزان قابل توجهی پیش می‌برد.»

پایان مطلب/.