به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، مهدکودک‌های بیمارستانی به طور معمول نوارهای نرمی را در اطراف مچ دست نوزادان قرار می‌دهند که اطلاعات مهم هویتی افراد مانند نام، جنسیت، نام مادر و تاریخ تولد را در خود جای می‌دهد. محققان دانشگاه راکفلر همین رویکرد را در مورد سلول‌های مغزی نوزادان در پیش گرفته‌اند - اما این نوزادان برچسب‌های شناسه خود را تا آخر عمر حفظ می‌کنند تا دانشمندان بتوانند نحوه رشد و بلوغ آنها را به‌عنوان وسیله‌ای برای درک بهتر فرآیند پیری مغز پیگیری کنند. یک مقاله جدید در مجله Cell، به چاپ رسیده است. این رویکرد کم‌هزینه است و قبلاً با توان عملیاتی بالا نشان داده است که در حالی که سلول‌های تازه متولد شده در طول زندگی تولید می‌شوند، انواع سلول‌های تولید شده در سنین مختلف بسیار متفاوت هستند. این کار پیشگامانه، نوید می‌دهد که نه تنها بر مطالعه مغز، بلکه بر جنبه‌های گسترده‌تری از پیری و بیماری در سراسر بدن انسان تأثیر بگذارد. به گفته محققان این مطالعه سلول واحد عملکردی اصلی بدن ما است، بنابراین تغییرات در سلول اساساً زمینه ساز هر بیماری و فرآیند پیری است. اگر بتوان سلول‌های مختلف و پویایی آنها را با استفاده از این تکنیک جدید به طور سیستماتیک مشخص کرد، ممکن است نمای پانوراما از مکانیسم‌های بسیاری از بیماری‌ها و همچنین از معمای پیری اطلاعات مهمی کسب کرد.

ردیابی وتوالی‌یابی سلول

نورون‌ها و سلول‌های گلیال جدید به‌طور مداوم در مغز پستانداران بالغ تولید می‌شوند، فرآیندی حیاتی که با حافظه، یادگیری و استرس مرتبط است. بیشتر مطالعات بر استفاده از نشانگرهای پروکسی تکیه می‌کنند، که به طور بالقوه سوگیری‌هایی را هنگام تعیین کمیت سلول‌های پیش ساز بسیار نادر در بافت‌های پیر ایجاد می‌کنند. علاوه بر این، هویت سلول‌های پیش ساز به طور پیچیده‌ای از طریق برنامه‌های اپی‌ژنتیکی کاملاً کنترل شده تعریف می‌شود. در حالی که کارهای قبلی، نشانه‌های بیان ژن سلول‌های پیش‌ساز در مغز بالغ را مشخص کرده‌اند، درک محققان از چشم‌انداز اپی‌ژنتیکی آنها و چگونگی تغییر آن در طول پیری محدود است. بنابراین، رویکردهای جدید برای گرفتن کمی سلول‌های نوزاد و ردیابی تغییرات رونوشت و کروماتین آن‌ها برای درک پویایی جمعیت سلولی در رشد، پیری و وضعیت‌های بیماری حیاتی است. آن‌ها از سلول‌های پیش‌ساز، رشد می‌کنند، نسل جدید سلول‌های بنیادی بالغ که به انواع سلول‌های تخصصی تمایز می‌یابند. با این حال، چگونگی گسترش این فرآیند، هم به دلیل محدودیت های تکنولوژیکی و هم به دلیل نادر بودن سلول، تا حد زیادی ناشناخته بوده است. یافتن سلول‌های پیش‌ساز در مغز، یک تلاش سوزنی در انبار کاه است. در پستانداران، آنها تنها 5/0 درصد از کل سلول های مغز را تشکیل می‌دهند. این عدد در مراحل بعدی زندگی به 1.1 درصد کاهش می‌یابد. یک تغییر رو به پایین به دلیل بی ثباتی سلولی، مشخصه اصلی بیماری و پیری است. محققان این مطالعه تحلیل و بررسی کردند که چگونه بافت‌ها و اندام‌ها جمعیت پایدار سلول‌ها را حفظ می‌کنند، و اینکه چگونه جمعیت‌های سلولی مختلف رشد می‌کنند، و اینکه آیا این سلول‌های عصبی متنوع به یک روش کاهش می‌یابند یا مسیرهای متفاوتی را ایجاد می‌کنند. ردیابی طول عمر سلولی آنها از تولد تا بلوغ نه تنها تفاوت‌ها را آشکار کرده، بلکه زمان ظهور آنها را نیز آشکار می‌کند. این مطالعه به دنبال یافتن راهی برای بهینه‌سازی روش‌های توالی‌یابی تک سلولی است، رویکردی که به طور فزاینده‌ای محبوب برای تجزیه و تحلیل است که بیان ژنتیکی و دینامیک مولکولی سلول‌های منفرد را نشان می‌دهد. محققان از نمایه‌سازی ترکیبی استفاده کرده، که یک تکنیک پیچیده و در عین حال مقرون به صرفه است که امکان تجزیه و تحلیل همزمان میلیون‌ها سلول را فراهم می‌کند. این روش به طور منحصربه‌فرد مولکول‌های سلولی را با بارکدهای متمایز برچسب‌گذاری کرده که با مجموعه مولکولی منحصربه‌فرد هر سلول مرتبط است. این پیشرفت، برچسب‌گذاری دقیق و ردیابی پویایی سلول‌های پیش ساز نادر در اندام‌های پستانداران را ممکن می‌سازد، که مانند یک کارت شناسایی و ردیاب GPS است.

مقایسه روش جدید با مطالعات قبلی

برای مطالعه فعلی، محققان بیش از 10000 سلول پیش‌ساز نوزاد را از سراسر مغز موش در سه سن (جوان، بالغ و مسن) با یک مولکول مصنوعی به نام 5-اتینیل-2-دئوکسی‌اوریدین (EdU) تجزیه و تحلیل کردند. با تمایز، تکثیر و پراکندگی این سلول‌های تازه متولد شده، EdU به برچسب‌گذاری DNA آنها ادامه داد و مانند یک ردیاب GPS عمل کرد. این روش نوآورانه به محققان اجازه داد تا ده‌ها هزار بیان ژن و مناظر کروماتین این سلول‌های تازه متولد شده را در حالی که به خانواده‌هایی از انواع سلولی با عملکردهای مولکولی متفاوت تبدیل می‌شوند، تجزیه و تحلیل کنند. محققان این مطالعه توانستند میزان تکثیر و تمایز سلولی بسیاری از انواع سلول‌ها را در یک آزمایش واحد اندازه‌گیری نموده، که با استفاده از روش‌های مرسوم امکان‌پذیر نبود. آنها فقط اطلاعات استاتیک را می‌گیرند، که وضعیت مولکولی فعلی یک سلول در یک لحظه است. اما TrackerSci اطلاعات پویا را در طول زمان اندازه‌گیری می‌کند. برخی از اطلاعات واضح و شگفت‌انگیز از این مطالعه جدید ظاهر شدند. جالب‌تر از همه، تغییرات اساسی در نوع سلول های تولید شده، بسته به سن موش وجود داشت. به عنوان مثال، تعداد اجداد سلولی‌ای که تبدیل به نورون می‌شوند، سلول‌های ارتباطی ضروری مغز، در مغزهای جوان بیشتر است. همین مورد برای طیف وسیعی از سلول‌های گلیال است که با پوشاندن نورون‌ها، تأمین مواد مغذی و دفاع در برابر پاتوژن‌ها، محیطی پایدار برای نورون‌ها ایجاد می‌کنند که همه برای یک اندام جوان و هنوز در حال رشد مهم هستند. سایر اندام‌ها نسبت به مغز، درصد سلول‌های پیش ساز بسیار بالاتری دارند. به عنوان مثال، اجداد نوزاد بیش از 20 درصد از سلول‌های روده بزرگ را تشکیل می‌دهند. چند سال پیش، محققان با ایجاد یک اطلس سلولی با استفاده از یک روش نمایه‌سازی ترکیبی مشابه، پتانسیل تجزیه و تحلیل پویایی جمعیت سلولی در رشد جنین انسان را نشان دادند. نمایه سازی ترکیبی تک سلولی به عنوان یک استراتژی قدرتمند برای برچسب‌گذاری محتویات اسید‌نوکلئیک سلول‌ها یا هسته‌ها به روشی مقیاس‌پذیر پدیدار شده است. یک رویکرد نمایه‌سازی ترکیبی تک سلولی که برای برچسب‌گذاری DNA تازه سنتز شده با آنالوگ تیمیدین، 5-اتینیل-2-دئوکسی‌اوریدین (EdU)، را همراه با توالی نمایه‌سازی ترکیبی تک سلولی برای رونوشت (sci-RNA-seq14) یا پروفایل دسترسی کروماتین (sci-ATAC-seq9) ادغام می‌کند.. به عنوان یک نمایش، محققان TrackerSci را برای پروفایل رونویسی تک‌سلولی یا پویایی دسترسی کروماتین 14689 سلول نوزاد از کل مغز موش که شامل سه مرحله سنی و دو ژنوتیپ است، به کار بردند. با مجموعه داده‌های حاصل، جمعیت‌های سلولی نادری را که در تجزیه و تحلیل تک سلولی مرسوم از دست رفته بودند، بازیابی کرده و تکثیر نوع سلولی و پویایی تمایز آن‌ها را در سنین مختلف دنبال کردند. علاوه بر این، امضاهای ژنتیکی و اپی‌ژنتیکی مرتبط با تغییر دینامیک سلولی را که در مغز پستانداران مسن رخ می‌دهد، شناسایی نمودند. در نهایت، برای مقایسه سلول‌های پیش‌ساز نادر در سراسر گونه‌ها، 800000 رونوشت تک‌هسته‌ای مغز انسان را در مناطق مختلف مورد بررسی قرار دادند. بنابر این محققان نشانه‌های خاص ناحیه و نوع سلولی سلول‌های پیش ساز نادر در مغز انسان سالخورده شناسایی کرده و امضاهای مولکولی حفاظت‌شده و متفاوت را بازیابی کردند. روش‌های تجربی و محاسباتی توصیف‌شده در اینجا می‌توانند به طور گسترده برای ردیابی ظرفیت بازسازی سلولی و پتانسیل تمایز در اندام‌های پستانداران و سایر سیستم‌های بیولوژیکی به کار روند. TrackerSci  یکی از چندین تکنیک تک توالی است که اخیراً در طی مطالعات کشف شده است. روش دیگری به نام PerturbSci-Kinetics، شبکه تنظیمی گسترده ژنوم را رمزگشایی می‌کند که زمینه‌ساز پویایی زمانی RNA است، با جفت کردن ژنومیک‌های تک‌سلولی مقیاس‌پذیر با اختلالات ژنتیکی با توان عملیاتی بالا، یا دستکاری‌هایی که می‌توانند بر عملکرد ژن تأثیر بگذارند. این روش اخیراً در مقاله‌ای در Nature Biotechnology توضیح داده شده است.

پایان مطلب./