به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، سلول‌های بنیادی در روده به طور مداوم خود را با محیط اطراف تطبیق می‌دهند که تحت تأثیر سیگنال‌های شیمیایی و نیروهای فیزیکی قرار دارند. پژوهشگران از جمله بغدادی و همکاران بر روی کانال‌های یونی PIEZO که حساس به مکانیکی هستند، تمرکز کردند. این کانال‌ها به سلول‌های بنیادی کمک می‌کنند تا تغییرات فیزیکی را تشخیص داده و به آن‌ها واکنش نشان دهند. مدل‌های ژنتیکی در داخل بدن و مینی‌روده‌های رشد یافته در محیط کشت بر روی سطوح زیستی مهندسی‌شده نشان دادند که کانال‌های PIEZO برای عملکرد و بقا سلول‌های بنیادی بسیار ضروری هستند. یک مطالعه جدید از بیمارستان بچه‌های بیمار (SickKids) و مؤسسه کوری (Institut Curie) نشان می‌دهد که چگونه سلول‌های بنیادی به محیط خود احساس و به آن پاسخ می‌دهند و این یافته‌ها برای بیماری‌های التهابی روده و سرطان روده بزرگ اهمیت دارد.

درباره مطالعه

سلول‌های بنیادی به طور مداوم با محیط خود سازگار می‌شوند تا سلامت اندام‌ها و بافت‌ها را حفظ کنند، که تحت تأثیر سیگنال‌های شیمیایی و نیروهای فیزیکی قرار دارد. زمانی که این سلول‌ها به درستی عمل نکنند، می‌توانند باعث بروز مشکلات بهداشتی مختلفی شوند، از جمله بیماری التهابی روده (IBD) و سرطان روده بزرگ، که در آن‌ها سلول‌ها به طور مداوم تقسیم می‌شوند تا تومور تشکیل دهند. تا به حال مشخص نبود که چگونه سلول‌های بنیادی نیروهای فیزیکی اطراف خود را احساس می‌کنند، یافته‌های نوآورانه‌ای این مطالعه در نشریه Science منتشر شده است. ویژگی‌های فیزیکی محیط اطراف سلول‌های بنیادی برای سلامت ما حیاتی است. با این دانش، می‌توانیم راه‌هایی برای ترویج ترمیم در دستگاه گوارش جستجو کنیم تا بتوانیم نه تنها از آسیب‌دیدگی سلول‌های بنیادی جلوگیری کنیم، بلکه آن‌ها را نیز ترمیم کنیم."

ترمیم اپیتلیوم روده‌ای

ترمیم و بازسازی بافت توسط سلول‌های بنیادی که هم تمایز پیدا می‌کنند و هم خود را بازتولید می‌کنند، هماهنگ می‌شود. اپیتلیوم روده‌ای دارای بازسازی مستمر و توانایی قابل توجهی برای بازسازی بعد از آسیب‌های حاد و مزمن است. سلول‌های بنیادی روده‌ای پستانداران (ISCs) در ساختار کلاهکی مانند به نام کریپت (crypt) قرار دارند و به سیگنال‌های موجود در میکرو محیط خود پاسخ می‌دهند تا تعادل خودنوزایی، تکثیر و تعهد نسل را حفظ کنند. بنابراین، درک چگونگی ادغام سیگنال‌های کنام (niche) توسط سلول‌های بنیادی برای حفظ هومئوستاز (homeostasis) ضروری است. علاوه بر عوامل بیوشیمیایی، نیش سلول‌های بنیادی همچنین تحت تأثیر نشانه‌های فیزیکی قرار دارد که ممکن است رفتار سلول‌های بنیادی روده‌ای را تحت تأثیر قرار دهد. با این حال، چگونگی ادغام سیگنال‌های مکانیکی از نیش آنها در شرایط زنده (in vivo) هنوز مشخص نیست.

معرفی کانال‌های یونی PIEZO

سلول‌های بنیادی از طریق فعال‌سازی یکپارچه مسیرهای سیگنال‌دهی مختلف، به سیگنال‌های مکانیکی واکنش نشان می‌دهند و آن‌ها را حس می‌کنند. این فرایند مکانوترانسداکشن منجر به تغییراتی در شکل سلول، بیان ژن‌ها و سرنوشت سلول می‌شود. کانال‌های یونی PIEZO، شامل PIEZO1 و PIEZO2، گیرنده‌های سیگنال‌دهی حساس به مکانیک مهمی هستند. این کانال‌ها در پاسخ به محرک‌های مکانیکی باز می‌شوند و اجازه می‌دهند کلسیم به داخل سلول وارد شود و مسیرهای سیگنال‌دهی پایین‌دست را فعال کند. PIEZO1 و PIEZO2 به شدت در سلول‌های اپی‌تلیالی روده‌های پستانداران بیان می‌شوند، که این امر باعث می‌شود کانال‌های PIEZO به عنوان کاندیداهای قوی برای مکانوترانسداکشن سیگنال‌های خارجی در سلول‌های بنیادی روده‌ای (ISCs) مطرح شوند.

چگونه سلول‌های بنیادی تغییرات در روده ما را احساس می‌کنند

در سال 2018، دکتر شی هوانگ، دانشمند ارشد در برنامه بیولوژی تکوینی و سلول‌های بنیادی در SickKids، دریافت که کانال‌های یونی PIEZO بر سفتی تومور در سرطان مغز تأثیر می‌گذارند. تیم تحقیقاتی کیم از این تحقیق الهام گرفت و به بررسی نحوه عملکرد کانال‌های PIEZO در سلول‌های بنیادی روده‌ها برای حفظ سلامت و عملکرد صحیح آن‌ها پرداخت. در یک مدل پیش‌بالینی، تیم مطالعه، PIEZO1 و PIEZO2 را در روده‌ها غیرفعال کردند. نتایج قابل توجه بود: در غیاب هر دو کانال PIEZO، سلول‌های بنیادی نتوانستند عملکردهای ضروری خود را حفظ کنند و این منجر به بیماری شدید و مرگ سریع شد. اگرچه این کانال‌های PIEZO قبلاً به داشتن عملکردهای مجزا شناخته شده بودند، اما این مطالعه در مورد اهمیت غیرمنتظره آن‌ها در حفظ سلول‌های بنیادی روشن‌گری کرده است. دانشگاه‌های کیم و ویگنفیک مشخص کردند که کانال‌های یونی PIEZO به سلول‌های بنیادی کمک می‌کنند تا تغییرات فیزیکی در اطراف خود، مانند سفتی یا کشیدگی محیط، را احساس کنند. بدون این کانال‌ها، ناهماهنگی در دو مسیر سیگنال‌دهی حیاتی ایجاد می‌شود که باعث می‌شود سلول‌های بنیادی تغییرات مهم محیط خود را از دست بدهند و به‌طور نادرست تمایز یابند. وقتی کانال‌های PIEZO غیاب دارند، سلول‌های بنیادی نمی‌توانند به عنوان سلول‌های بنیادی باقی بمانند. در عوض، آن‌ها خیلی سریع به انواع دیگر سلول‌ها تبدیل می‌شوند که منجر به مشکلات بهداشتی جدی می‌شود." این کشف عواقب مهمی برای سلامت انسان دارد، به‌خصوص برای شرایط با فعالیت غیرعادی سلول‌های بنیادی مانند IBD، که یکی از سریع‌ترین شرایط در حال رشد در کانادا است، و سرطان روده بزرگ، که سومین سرطان شایع در کشور است.

نحوه عملکرد سلول‌های بنیادی روده‌ای در حس کردن تغییرات مکانیکی

در این تحقیق، ما یک مدل جامع برای حس مکانیکی PIEZO در ناحیه سلول‌های بنیادی روده‌ای (ISC) پیشنهاد می‌دهیم. حذف مشروط PIEZO در سلول‌های اپی‌تلیالی روده باعث بروز نقص در خودترمیمی و تخصص خط سلولی می‌شود که منجر به از دست رفتن سلول‌های بنیادی روده‌ای و سلول‌های ترشحی می‌گردد. از نظر مکانیزمی، پس از فعال شدن PIEZO توسط سفتی و/یا تنش ناحیه، ورود کلسیم داخلی (Ca2+) ایجاد می‌شود که به نوبه خود مسیر NOTCH را سرکوب کرده و باعث تمایز سلول‌های ترشحی می‌شود و همچنین سیگنال‌دهی WNT را برای حفظ تعادل مناسب بین خودترمیمی و تکثیر تنظیم می‌کند. این داده‌ها نشان می‌دهند که سلول‌های بنیادی روده‌ای تغییرات مکانیکی محیط میکروسکوپی خود را از طریق کانال‌های مکانوسنسیتیو PIEZO تبدیل می‌کنند تا خودترمیمی و تصمیم‌گیری‌های خط سلولی خود را مطابق با ویژگی‌های بیومکانیکی ناحیه سلول‌های بنیادی تنظیم کنند.

پایان مطلب/.