به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، در مطالعه‌ای که اخیراً در مجله Nature منتشر شده است، محققان آلمانی دسترسی کروماتین، رونویسی و متیلوم سلول‌های بنیادی عصبی، نتاج آن‌‌ها و آستروسیت‌ها را در مغز موش بالغ سالم و ایسکمیک (با اختلال در جریان خون) بررسی کردند. آن‌‌ها دریافتند که آسیب ایسکمیک آستروسیت‌ها را وادار می‌کند تا متیلوم خود را به حالت سلول بنیادی تغییر دهند، که شامل متیلاسیون ژن‌های خاص آستروسیت و دی متیلاسیون ژن‌های مرتبط با سلول‌های بنیادی است، فرآیندی که به DNA متیل ترانسفراز 3 آلفا (DNMT3A) وابسته است. در واقع در این وضعیت، آستروسیت‌ها نقش حمایتی خود را از دست می‌دهند و پتانسیل نوروژنیک پنهانی را باز می‌کنند و امید جدیدی را برای بهبود آسیب مغزی از طریق برنامه ریزی مجدد اپی ژنتیکی پیشرفته ارائه می‌دهند.

پیش زمینه

نوروژنز بالغین که زمانی تصور می‌شد در پستانداران غیرممکن است، اکنون در مناطق خاصی از مغز مانند شکنج دندانه دار و ناحیه بطنی-زیر بطنی (vSVZ) رخ می‌دهد. در vSVZ موش‌ها، آستروسیت‌های تخصصی به عنوان سلول‌های بنیادی عصبی (NSCs) عمل می‌کنند. NSC‌ها به پیش سازهای تقویت کننده انتقال (TAPs) تمایز می یابند که نوروبلاست‌ها را تولید می‌کنند، که به پیاز بویایی مهاجرت می‌کنند و به نورون تبدیل می‌شوند و در عین حال سلول‌های گلیال مختلفی را ایجاد می‌کنند. NSCs بین حالت‌های ساکن و فعال متناوب عوض می‌شوند، و پروفایل‌های بیان ژن نشان می‌دهد که NSC‌های ساکن شباهت زیادی به آستروسیت‌های غیر نوروژنیک موجود در جسم مخطط و قشر مغز دارند. این شباهت این احتمال را افزایش می‌دهد که این آستروسیت‌ها می‌توانند برای تولید نورون‌ها برنامه‌ریزی مجدد شوند، فرآیندی که شامل تغییرات دینامیکی در متیلاسیون DNA، یک راه امیدوارکننده برای پزشکی احیاکننده است. توالی یابی اسید ریبونوکلئیک تک سلولی امکان ردیابی دقیق تغییرات بیان ژن را در طول دودمان نوروژنیک فراهم می‌کند. مطالعات نشان می‌دهند که آستروسیت‌ها در جسم مخطط ممکن است پس از آسیب، پتانسیل نوروژنیک را به دست آورند، و این امید را به وجود می‌آورد که توانایی‌های عصبی نهفته می‌تواند در سایر آستروسیت‌ها باز شود و به ترمیم عصبی و بازسازی پس از آسیب کمک کند. در مطالعه حاضر، محققان از توالی یابی نوکلئوزوم تک سلولی، متیلوم و رونوشت (scNMT-seq) استفاده کردند تا بررسی کنند که آیا تغییرات بیان ژن در NSC‌ها ناشی از تغییرات اپی ژنتیکی، به ویژه با تمرکز بر تعامل بین متیلاسیون DNA و تنظیم ژن، می‌باشد یا خیر.

در مورد مطالعه

در مطالعه حاضر، موش‌های نر از مدل‌های مختلف، از جمله C57BL/6N و TiCY، دو تا چهار ماهه، تحت تزریق تاموکسیفن برای القای نوترکیبی Cre در NSCs قبل از انسداد دو طرفه شریان کاروتید مشترک قرار گرفتند. سوسپانسیون تک سلولی و مرتب‌سازی سلولی فعال شده با فلورسانس در مناطق جدا شده مغز، با آنتی‌بادی‌های خاص برای برچسب‌گذاری و مرتب‌سازی جمعیت‌های مختلف سلولی انجام شد. یک پروتکل کوچک scNMT-seq برای مشخصات رونوشت و اپی ژنوم تک سلولی استفاده شد. Dnmt3a در سلول‌های جسم مخطط حذف شد و ایمونوهیستوشیمی‌برای تعیین کمیت سلول‌ها در شرایط ایسکمیک انجام شد. این مطالعه همچنین شامل یک سنجش نوروسفر برای ارزیابی پتانسیل نوروژنیک بود. داده‌های ترانس کریپتومیک و اپی ژنومیک با استفاده از ابزار Seurat و MethSCan تجزیه و تحلیل شدند. روش‌های آماری برای ارزیابی متیلاسیون افتراقی و بیان ژن، همراه با غنی‌سازی موتیف فاکتور رونویسی و شناسایی اصطلاح هستی‌شناسی ژن استفاده شد.

نتایج مطالعه

ادغام رونوشت‌های تک سلولی، زنجیره‌ای از حالات سلولی، از جمله NSCهای خفته، ساکن و فعال، TAPs، نوروبلاست‌ها، نورون‌ها و الیگودندروسیت‌ها را نشان داد. تغییرات دینامیکی در متیلاسیون اسید دئوکسی ریبونوکلئیک (DNA) و دسترسی کروماتین در طول دودمان مشاهده شد. کمی سازی متیلاسیون DNA و پروفایل‌های دسترسی کروماتین نشان دهنده استحکام داده‌های اپی ژنومیک است. مناطق متیله متغیر (VMRs) برای پیش‌بینی بیان ژن بهتر از مناطق پروموتر یافت شد. در پیشرفت دودمان NSC، ژن‌های با متیلاسیون افزایش یافته در پایین دست محل شروع رونویسی (TSS) بیان کاهش یافته را نشان دادند. این نشان می‌دهد که متیلاسیون DNA در این ناحیه ممکن است بیان ژن را خاموش کند، در حالی که متیلاسیون پروموتر کمتر از تقویت کننده‌ها پویا است. الگوهای متیلاسیون متمایزی بین NSCهای خفته (qNSC1) و NSCهای فعال (qNSC2) مشاهده شد. سلول‌های qNSC1، شبیه آستروسیت‌های جسم مخطط، متیلومی را نشان دادند که به متیلوم NSC در qNSC2 تبدیل می‌شود. مناطق کم متیلاسیون (LMRs) در آستروسیت‌ها به ژن‌های دخیل در انتقال آمینو اسید مرتبط بودند که نشان دهنده نقش آن‌‌ها در هویت آستروسیت است. در مقابل، LMRها در سلول‌های qNSC2 برای ژن‌های تنظیم‌کننده تمایز و عملکرد سلول‌های بنیادی غنی‌شده بودند، که یک شکاف اپی ژنتیکی قابل‌توجهی را با وجود رونوشت‌های مشابه برجسته می‌کند. دسترسی به ژن افزایش تدریجی را در طول فعال سازی NSC نشان داد، که نشان می‌دهد متیلاسیون DNA، کلیدی در تشخیص عملکرد سلول‌های بنیادی از آستروسیت‌های رایج است. ایسکمی vSVZ و آستروسیت‌های مخطط را تحریک کرد تا متیلوم NSC را که با متیلاسیون زیاد LMR‌های آستروسیت و متیلاسیون کم LMR‌های NSC مشخص می‌شود، اتخاذ کنند، که نشان دهنده افزایش نوروژنز است. پس از 21 روز پس از ایسکمی، آستروسیت‌ها به پروفایل متیلاسیون ساده بازگشتند. با این حال، این مطالعه همچنین یک زیرمجموعه کوچک از آستروسیت‌ها را شناسایی کرد که متیلوم NSC را حفظ کردند یا بازگشت ناقصی را نشان دادند، که نشان‌دهنده پویایی پیچیده‌تر تغییرات متیلاسیون پس از آسیب است. خوشه جدیدی از آستروسیت‌های واکنش‌پذیر با بیان ژن‌های متنوع مرتبط با فنوتیپ‌های نوروژنیک و واکنش‌گرا پدید آمد. اینترفرون‌ها برای ایجاد DMRهای خاص پس از ایسکمی‌بسیار مهم شناخته شدند، که نشان دهنده نقش کلیدی آن‌‌ها در هدایت تغییرات اپی ژنتیکی لازم برای برنامه‌ریزی مجدد آستروسیت است. موش‌های کنترل افزایش قابل توجهی در نوروبلاست‌ها به دنبال ایسکمی نشان دادند، در حالی که موش‌های دارای کمبود Dnmt3a کاهش قابل توجهی در این پاسخ نشان دادند، با تولید نوروبلاست تقریباً وجود ندارد. این یافته‌ها نشان می‌دهد که بازسازی متیلوم با واسطه DNMT3A برای فعال کردن پتانسیل نوروژنیک در آستروسیت‌های جسم مخطط ضروری است.

نتیجه گیری

در نتیجه، این مطالعه نشان می‌دهد که متیلاسیون DNA نقش مهمی‌در توانایی آستروسیت‌ها برای به دست آوردن عملکرد سلول‌های بنیادی در مغز موش بالغ دارد. معمولا متیلوم‌های آستروسیت آن‌‌ها را در نقش حمایتی خود قفل می‌کنند، اما آسیب ایسکمیک باعث تغییرات متیلاسیون می‌شود که نوروژنز را امکان‌پذیر می‌کند. این ماهیت پویای متیلاسیون DNA ممکن است به عنوان طرحی برای وضعیت‌های سلولی آینده عمل کند و فرآیند تمایز را هدایت کند. این یافته‌ها نشان می‌دهد که متیلاسیون DNA پویا است و ممکن است وضعیت‌های سلولی آینده را هدایت کند و راه‌های درمانی بالقوه‌ای را برای ترمیم سیستم عصبی و درمان سرطان ارائه دهد. در آینده، کاوش در دستکاری متیلاسیون می‌تواند به طور بالقوه کارایی برنامه ریزی مجدد سلول‌ها را افزایش دهد.

پایان مطلب./