به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، به تازگی یک تیم بین‌المللی از محققان به دستاوردی بی‌سابقه دست یافته است. این دستاورد جدید، درک ما از ریشه‌های ژنتیکی سلول‌های بنیادی را بازنگری کرده و دیدگاه جدیدی نسبت به پیوند تکاملی بین حیوانات و بستگان تک‌سلولی کهن آنها ارائه می‌دهد. این تحقیق که در نشریه Nature Communications منتشر شده است، با همکاری دکتر الکس دِ مندوزا از دانشگاه کوئین ماری لندن و محققان دانشگاه هنگ کنگ انجام شد.

تکامل موجودات چند سلولی و سلول‌های بنیادی

تکامل چندسلولی بودن حیوانات در حدود ۷۰۰ میلیون سال پیش گامی کلیدی بود که تمام جنبه‌های تاریخ سیاره‌ای ما را شکل داد. به عنوان موجودات چندسلولی، بیشتر حیوانات از جمله اسفنج‌های اولیه دارای سلول‌های بنیادی چندتوان هستند. سلول‌های بنیادی می‌توانند به طور نامحدود نسخه‌های مشابه خود را تولید کنند یا در صورت تحریک، می‌توانند تمام انواع سلول‌های تخصصی یک موجود را تشکیل دهند. سلول‌های بنیادی که می‌توانند به هر نوع سلول somatic تبدیل شوند، به عنوان سلول‌های بنیادی چندتوان شناخته می‌شوند، در حالی که سلول‌های بنیادی چندپتانسیل محدود به خط‌های سلولی خاص بوده و فقط قادر به تولید برخی انواع سلول‌ها هستند. به عنوان مثال، سلول‌های بنیادی عصبی می‌توانند به نورون‌ها، آستروسیت‌ها و اولیگودندروسیت‌ها تمایز یابند. در مهره‌داران، سلول‌های بنیادی چندتوان تنها به طور موقت در مراحل اولیه تکوینی جنینی وجود دارند و با بیان مجموعه‌ای از فاکتورهای ترانسکریپتوری (TFs) که باعث القا و حفظ ویژگی‌های سلولی بنیادی می‌شوند، شناخته می‌شوند. از میان این فاکتورها، فاکتورهای Sox2 و Oct4 به عنوان فاکتورهای کلیدی برای pluripotency شناخته می‌شوند که باید در سطوح دقیق و تنظیم‌شده حضور داشته باشند و فعال باشند. حذف آن‌ها یا اختلالات جزئی در فراوانی آن‌ها منجر به از دست دادن خودنویسی و pluripotency می‌شود. Sox2، Oct4 و سایر فاکتورها به عنوان فاکتورهای "پیشگام" شناخته می‌شوند که قادر به اتصال به موتیف‌های هدف خود حتی در کروماتین بسته و DNA پیچیده بر روی نوکلوکوم می‌باشند. فاکتورهای پیشگام برای هدایت تغییرات خط سلولی در طول تکوینی جنینی از جمله فعال‌سازی ژنوم زیگوتی که پیش از تشکیل سلول‌های بنیادی چندتوان رخ می‌دهد، حیاتی هستند. برای باز کردن کروماتین و تنظیم ژن‌ها، Sox2 و سایر اعضای خانواده Sox یک دامنه معروف به HMG box با طول ۷۹ آمینو اسید دارند که امکان اتصال تخصصی به توالی‌های DNA شبیه CATTGT و خم کردن آن را می‌دهد.

بکارگیری ژنی در "کوانوفلاژلات‌ها

آنها از ژنی در "کوانوفلاژلات‌ها" (یک ارگانیسم تک‌سلولی مرتبط با حیوانات) برای ساخت سلول‌های بنیادی استفاده کردند که سپس از این سلول‌ها برای ایجاد یک موش زنده و تنفس‌کننده استفاده شد. کوانوفلاژلات‌ها نزدیک‌ترین خویشاوندان زنده حیوانات هستند و ژنوم آنها نسخه‌هایی از ژن‌های Sox و POU را دارند که در سلول‌های بنیادی پستانداران برای هدایت توانایی تکثیر سلولی شناخته شده‌اند. این کشف غیرمنتظره باور طولانی‌مدت مبنی بر اینکه این ژن‌ها به طور انحصاری در حیوانات تکامل یافته‌اند را به چالش می‌کشد. دکتر دِ مندوزا در این باره گفت: "با موفقیت ایجاد یک موش با استفاده از ابزارهای مولکولی گرفته شده از بستگان تک‌سلولی‌مان، شاهد پیوستگی فوق‌العاده‌ای از عملکردها در طول تقریبا یک میلیارد سال تکامل هستیم." این مطالعه نشان می‌دهد که ژن‌های کلیدی در تشکیل سلول‌های بنیادی ممکن است بسیار زودتر از خود سلول‌های بنیادی به وجود آمده‌اند و شاید به ایجاد حیات چندسلولی امروزین کمک کرده‌اند.

شیوه تحقیقاتی

در این تحقیق، همانطور که در جایزه نوبل 2012 به شینیا یاماناکا اشاره شده بود، نشان داده شد که می‌توان سلول‌های بنیادی را تنها با بیان چهار فاکتور، از جمله ژن‌های Sox (Sox2) و POU (Oct4)، از سلول‌های "تفکیک‌شده" به دست آورد. در این تحقیق جدید، از طریق مجموعه‌ای از آزمایشات که با همکاری دکتر رالف یاوچ از دانشگاه هنگ کنگ انجام شد، تیم تحقیقاتی ژن‌های Sox کوانوفلاژلات‌ها را وارد سلول‌های موش کرده و با ژن Sox2 میزبان حیوانی جایگزین کرده‌اند و به این ترتیب سلول‌ها را به وضعیت سلول‌های بنیادی pluripotent بازآرایی کرده‌اند. برای ارزیابی کارآیی این سلول‌های بازآرایی‌شده، آنها را به جنین در حال تکوین موش تزریق کردند. موش کایمرایی که به‌دست آمد، ویژگی‌های فیزیکی از هر دو جنین اهداکننده و سلول‌های بنیادی القا شده در آزمایشگاه را داشت، مانند لکه‌های موی سیاه و چشمان تیره، که تأیید کرد این ژن‌های کهن نقش حیاتی در سازگاری سلول‌های بنیادی با تکامل حیوان ایفا کرده‌اند.

ننایج کسب شده از این مطالعه

این مطالعه روند استفاده از نسخه‌های اولیه پروتئین‌های Sox و POU را که DNA را متصل کرده و ژن‌های دیگر را تنظیم می‌کنند، در اجداد تک‌سلولی ردیابی می‌کند؛ برای عملکردهایی که بعداً در ساخت سلول‌های بنیادی و تکامل حیوانات به کار گرفته شدند. دکتر دِ مندوزا توضیح داد: "چوانوفلاژلات‌ها سلول‌های بنیادی ندارند، آنها ارگانیسم‌های تک‌سلولی هستند، اما این ژن‌ها را دارند، که احتمالاً برای کنترل فرآیندهای سلولی پایه به کار می‌روند که بعداً حیوانات چندسلولی احتمالاً آنها را برای ساخت بدن‌های پیچیده‌تر بازسازی کردند."

تطبیق‌پذیری تکاملی ابزارهای ژنتیکی

این بینش نوآورانه بر تطبیق‌پذیری تکاملی ابزارهای ژنتیکی تأکید می‌کند و نگاهی به این می‌اندازد که چگونه اشکال اولیه حیات ممکن است از همین مکانیسم‌ها برای هدایت تخصصی سلولی استفاده کرده باشند، پیش از آنکه موجودات چندسلولی واقعی به وجود آیند و اهمیت بازسازی در تکامل را برجسته می‌کند. این کشف فراتر از زیست‌شناسی تکاملی است و می‌تواند موجب پیشرفت‌های جدیدی در پزشکی ترمیمی شود. با عمیق‌تر شدن در درک نحوه تکامل ماشین‌آلات سلول‌های بنیادی، دانشمندان ممکن است راه‌هایی جدید برای بهینه‌سازی درمان‌های سلولی بنیادی و بهبود تکنیک‌های بازآرایی سلول برای درمان بیماری‌ها یا ترمیم بافت‌های آسیب‌دیده پیدا کنند. دکتر یاوچ در این باره گفت: "مطالعه ریشه‌های کهن این ابزارهای ژنتیکی به ما این امکان را می‌دهد که با دیدی روشن‌تر نوآوری کنیم و ببینیم چگونه مکانیسم‌های پلاوریپوتنسی می‌توانند به دقت تنظیم یا بهینه شوند."

پایان مطلب/.