به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، فاکتورهای رونویسی پیشگام (TFs) سرنوشت سلول را با ایجاد حالت‌های اولیه و فعال رونویسی تنظیم می‌کنند. با این حال، کنترل سرنوشت سلولی مستلزم هماهنگی فعال‌سازی ژن اختصاصی دودمان و سرکوب برنامه‌های دودمان جایگزین است، فرآیندی که به خوبی درک نشده است. یک مدل تداخلی CRISPR جدید (CRISPRi) به بررسی این موضوع می‌پردازد که چگونه فاکتور رونویسی پیشگام FOXA تمایز اندودرم انسانی را در طول توسعه کبد کنترل می‌کند و چگونه فاکتور رونویسی پیشگام OCT4 بر رفتار سلول‌های بنیادی پرتوان تأثیر می‌گذارد. در حال حاضر، علاقه قابل توجهی به تولید سلول‌های هدف با استفاده از برنامه‌ریزی مجدد پوست یا سایر سلول‌های سوماتیک در دسترس با واسطه TF وجود دارد، زیرا این سلول‌ها نوید زیادی برای مدل‌سازی بیماری‌های شخصی و پزشکی بازساختی دارند. با این حال، یک چالش بزرگ دستیابی به سرکوب ژنی کافی از نوع سلول اصلی است، زیرا سرکوب ناکافی اغلب منجر به تشکیل سلول‌های هیبریدی می‌شود و بنابراین کاربردهای ترجمه را محدود می‌کند. اکنون مطالعه‌ای که به صورت آنلاین در 10 ژانویه 2024 در Molecular Cell منتشر شده است، جزئیات مهم جدیدی را در مورد نحوه انجام TFهای پیشگام وظایف مهم خود را نشان می‌دهد. این یافته‌های جدید می‌تواند بر مطالعات برنامه‌ریزی مجدد سلولی و ارگانوئیدی آینده تأثیر بگذارد.

نحوه عملکرد فاکتورهای رونویسی پیشگام

فاکتورهای رونویسی پیشگام (TFs) دارای توانایی‌های منحصر به فردی برای اتصال مکان‌های هدف خود بر روی کروماتین بسته و کروماتین باز محلی هستند و جذب سایر TFها و اصلاح‌کننده‌های کروماتین را تسهیل می‌کنند. برای مثال، در طول تمایز آندودرم، TF FOXA پیشگام، کروماتین را به صورت موضعی باز می‌کند و یک کمپلکس Trithorax را برای رسوب علائم فعال H3K4me1 در تقویت‌کننده‌های خاص آندودرم، به کار می‌گیرد و در نتیجه رونویسی ژن‌های آندودرم را آغاز می‌کند. علاوه بر این، فعالیت های پیشگام هماهنگ Oct4، Sox2، و Klf4، همراه با c-Myc، امکان برنامه ریزی مجدد سلول های سوماتیک به سلول های بنیادی پرتوان را فراهم می کند. اگرچه پیشرفت قابل توجهی در درک مکانیسم‌های زیربنایی فعال‌سازی ژن خاص دودمان حاصل شده است، اما مکانیسم‌های سرکوب کمتر مورد بررسی قرار گرفته‌اند. بنابراین، بسیار مهم است که بدانیم چگونه برنامه‌های نسل جایگزین معمولاً در طول توسعه سرکوب می‌شوند.

شناسایی فاکتورهای رونویسی کلیدی

یکی از پیشرفت‌های مهمی که امکان برنامه‌ریزی یا برنامه‌ریزی مجدد سرنوشت سلولی با کارامدی بالاتر را در یک ظرف فراهم کرد، کشف نحوه استفاده از فاکتورهای رونویسی پیشگام (TFs) بوده است. هر سلول در بدن ما دارای بیش از 200 فاکتور رونویسی است که در داخل مارپیچ DNA حرکت می‌کنند و به ژن‌های خاصی دستور می‌دهند تا فعال و غیرفعال شوند. در مراحل اولیه رشد جنین، زیرمجموعه کوچکی از TFهای «پیشرو» در داخل سلول‌های پیش‌ساز ما عمل می‌کنند تا سلول‌های بالغی را بسازند که بخشی از ستون فقرات، قلب، کبد و غیره می‌شوند. شناساییTFهای کلیدی پرتوان پیشگام به محققان کمک کرد تا یاد بگیرند که چگونه سلول‌های بنیادی پرتوان القایی را از هر نوع سلول بالغ بسازند، تا بتوانند به ساخت انواع دیگر سلول‌ها دست یابند و درنهایت ارگانوئیدهایی را تشکیل ‌دهند که می‌توانند وظایف یک اندام عملکردی را تقلید کنند. علاوه بر این، TFهای پیشگام بافت خاص می‌توانند مستقیماً یک نوع سلول بالغ را به یک نوع سلول هدفمند بدون عبور از حالت پرتوان برنامه ریزی مجدد کنند. دکتر ماکیکو ایوافوچی، عضو بخش زیست شناسی تکاملی  مرکز سلول های بنیادی و پزشکی ارگانوئید در کودکان سینسیناتی، می‌گوید: «همانطور که ما درک جامع تری از مکانیسم‌های زیربنایی سرکوب ژنی با واسطه TF به دست می‌آوریم، می‌دانیم که دستکاری دقیق سرنوشت سلولی  برنامه ریزی مجدد سلولی را تا حد زیادی افزایش می‌دهد.  نویسنده اول، ساتوشی ماتسوی، دکترا، و ایوافوچی با دکتر هی وونگ لیم، یکی از نویسندگان ارشد و یکی از اعضای بخش انفورماتیک زیست پزشکی، در این مطالعه همکاری کردند. تا قبل از این مطالعه، اکثر کارشناسان معتقد بودند کهTFهای پیشگام عمدتاً با فعال کردن ژن‌ها برای ارسال سلول‌ها به سمت سرنوشت نهایی خود عمل می‌کنند. با این حال، دانشمندان آموخته‌اند که برنامه‌ریزی ژنتیکی ما مملو از مسیرهای جایگزین است که باید فعالانه تعطیل شوند. پس چگونه بدن تضمین می‌کند که سلول‌های پیش ساز به طور مداوم مسیر صحیح را دنبال کنند؟ به نظر می‌رسد که TF های پیشگام نقش زیادی در حرکت دادن سلول‌ها در جهت دلخواه دارند. زیرا هنگامی که این TF های پیشگام به درستی کار می‌کنند، جلوتر می‌روند و مسیرهای جایگزین را قطع می‌کنند تا سلول‌های در حال رشد به تکوین خود ادامه دهند.

این پیشگامان چه مولکول‌هایی هستند؟

تیم کودکان سینسیناتی یک مدل تداخل CRISPR (CRISPRi) جدید ایجاد کرد تا بررسی کند که چگونه فاکتور رونویسی پیشگام FOXA تمایز اندودرم انسانی را در طول رشد کبد کنترل می‌کند و چگونه فاکتور رونویسی پیشگام OCT4 بر رفتار سلول‌های بنیادی پرتوان تأثیر می‌گذارد. آنها دریافتند که وقتی عملکرد FOXA مختل می‌شود، سلول‌ها مسیرهای تکوینی متعددی را دنبال می‌کنند. اما زمانی که FOXA به طور طبیعی عمل کرد، سلول‌ها در مسیر خود باقی ماندند. این به تیم اجازه داد تا به این نتیجه برسند که FOXA از ایجاد نسل جایگزین و بیان ژن زودرس جلوگیری می‌کند. تیم در ادامه نشان داد که FOXA برای سرکوب دسترسی به مسیرهای جایگزین از یک فاکتور رونویسی دیگر به نام PRDM1 و دیگر سرکوبگرهای اپی ژنتیک کمک می‌گیرد. در همین حال، در سلول‌های پرتوان، عامل رونویسی پیشگام OCT4 عملکرد سرکوب مشابهی را با همکاری با یک فاکتور رونویسی مرتبط به نام PRDM14 انجام می‌دهد.

نقش اصلی FOXA

ایوافوچی می‌گوید نقش اصلی FOXA و توانایی آن در سرکوب مسیرهای تکوینی، یافته‌های غیرمنتظره و حیاتی بود که می‌تواند بر مطالعات برنامه‌ریزی مجدد سلولی و ارگانوئیدی آینده تأثیر بگذارد. یافتن رابطه مشابهی که با OCT4 اتفاق می‌افتد، اثبات مهم دیگری بر این مفهوم بود، زیرا آن فاکتور رونویسی از قبل به عنوان یکی از TFهای پیشگام شناخته شده بود که امکان برنامه‌ریزی مجدد سلول‌های سوماتیک به سلول‌های بنیادی پرتوان را فراهم می‌کرد.

گام‌های بعدی مطالعه

اکنون که محققان نشان داده‌اند که دو TF پیشگام با TFهای PRDM برای محافظت از سرنوشت سلول هماهنگ می‌شوند، به نظر می‌رسد که سایر TF‌ها روابط مشابهی دارند. همانطور که این تیم‌های TF شناسایی می‌شوند، ممکن است تولید ارگانوئیدها و سایر بافت‌های مهندسی شده در حجم‌های بزرگ‌تر با درجه سازگاری بالاتر امکان‌پذیر شود - مراحلی که برای افزایش مقیاس فناوری مهم هستند.

پایان مطلب/.