მუტანტის ღეროვანი უჯრედები ეწინააღმდეგება განვითარების წესებს

წარმოიდგინეთ, რომ ნამცხვარს აცხობთ, მაგრამ მარილი ამოგეწურებათ. გამოტოვებული ინგრედიენტის შემთხვევაშიც კი, ცომი მაინც ჰგავს ნამცხვრის ცომს, ასე რომ, ღუმელში ჩაყრით და თითებს გადააჯვარედინებთ და ელოდებით, რომ დაასრულებთ ნორმალურ ნამცხვარს საკმაოდ ახლოს. ამის ნაცვლად, თქვენ დაბრუნდებით ერთი საათის შემდეგ, რათა იპოვოთ სრულად მოხარშული სტეიკი.

ეს პრაქტიკულ ხუმრობად ჟღერს, მაგრამ ასეთი შოკისმომგვრელი ტრანსფორმაცია არის ის, რაც მართლაც დაემართა თაგვის ღეროვანი უჯრედების კერძს, როდესაც გლადსტონის ინსტიტუტის მეცნიერებმა ამოიღეს მხოლოდ ერთი გენი - ღეროვანი უჯრედები, რომლებიც განკუთვნილი იყო გულის უჯრედებად, უეცრად დაემსგავსა ტვინის უჯრედების წინამორბედებს. მეცნიერთა შემთხვევითი დაკვირვება არღვევს იმას, რაც მათ ეგონათ, რომ იცოდნენ იმის შესახებ, თუ როგორ გადაიქცევა ღეროვანი უჯრედები ზრდასრულ უჯრედებად და ინარჩუნებენ იდენტობას მომწიფებისას.

„ეს ნამდვილად აპროტესტებს ფუნდამენტურ კონცეფციებს იმის შესახებ, თუ როგორ ინარჩუნებენ უჯრედები კურსს, როგორც კი ისინი დაიწყებენ გზას გულის ან ტვინის უჯრედებისკენ“, - ამბობს ბენუა ბრუნო, დოქტორი, გლადსტონის გულ-სისხლძარღვთა დაავადებების ინსტიტუტის დირექტორი და ახალი კვლევის უფროსი ავტორი, რომელიც გამოქვეყნდა Ბუნება.

უკან არ ბრუნდება

ემბრიონის ღეროვანი უჯრედები პლურიპოტენტურია - მათ აქვთ უნარი განასხვავონ, ან გარდაიქმნან ყველა ტიპის უჯრედად სრულად ჩამოყალიბებულ ზრდასრულ სხეულში. მაგრამ ღეროვან უჯრედებს სჭირდებათ მრავალი ნაბიჯი ზრდასრული უჯრედების ტიპების წარმოშობისთვის. მაგალითად, გულის უჯრედებად გადაქცევის გზაზე, ემბრიონის ღეროვანი უჯრედები ჯერ დიფერენცირებულია მეზოდერმად, ერთ-ერთი სამი პრიმიტიული ქსოვილიდან, რომელიც გვხვდება ადრეულ ემბრიონებში. შემდგომ გზაზე, მეზოდერმის უჯრედები იშლება ძვლების, კუნთების, სისხლძარღვების და გულის ცემის უჯრედების შესაქმნელად.

ზოგადად მიღებულია, რომ როგორც კი უჯრედი იწყებს ამ ბილიკებიდან ერთ-ერთის დიფერენცირებას, მას არ შეუძლია შებრუნდეს სხვა ბედის არჩევისთვის.

„თითქმის ყველა მეცნიერი, რომელიც უჯრედის ბედზე საუბრობს, იყენებს უადინგტონის ლანდშაფტის სურათს, რომელიც ძალიან ჰგავს სათხილამურო კურორტს ციცაბო, განცალკევებულ ხეობებში სხვადასხვა სათხილამურო ტრასებით“, - ამბობს ბრუნო, რომელიც ასევე არის უილიამ ჰ. ახალგაზრდა სკამი. გულ-სისხლძარღვთა კვლევებში Gladstone-ში და პედიატრიის პროფესორი UC San Francisco-ში (UCSF). "თუ უჯრედი ღრმა ხეობაშია, არ არსებობს გზა, რომ ის გადახტეს სრულიად სხვა ხეობაში."

ათი წლის წინ, გლადსტონის უფროსმა მკვლევარმა, მედიცინის დოქტორმა, შინია იამანაკამ, აღმოაჩინა, თუ როგორ უნდა გადაპროგრამებინა სრულად დიფერენცირებული ზრდასრული უჯრედები ინდუცირებულ პლურიპოტენტურ ღეროვან უჯრედებად. მიუხედავად იმისა, რომ ეს არ აძლევდა უჯრედებს ხეობებს შორის გადახტომის უნარს, ის მოქმედებდა სათხილამურო ლიფტის მსგავსად დიფერენციაციის ლანდშაფტის მწვერვალზე.

მას შემდეგ სხვა მკვლევარებმა აღმოაჩინეს, რომ სწორი ქიმიური მინიშნებებით, ზოგიერთი უჯრედი შეიძლება გარდაიქმნას მჭიდროდ დაკავშირებულ ტიპებად, პროცესის საშუალებით, რომელსაც ეწოდება „პირდაპირი რეპროგრამირება“, როგორც მოკლე გზა ტყეში მეზობელ სათხილამურო ბილიკებს შორის. მაგრამ არცერთ ამ შემთხვევაში უჯრედებს არ შეუძლიათ სპონტანურად გადახტომა მკვეთრად განსხვავებულ დიფერენციაციის ბილიკებს შორის. კერძოდ, მეზოდერმის უჯრედები ვერ გახდებიან ისეთი შორეული ტიპების წინამორბედები, როგორიცაა ტვინის უჯრედები ან ნაწლავის უჯრედები.

მიუხედავად ამისა, ახალ კვლევაში ბრუნო და მისი კოლეგები აჩვენებენ, რომ, მათდა გასაკვირად, გულის უჯრედების წინამორბედები მართლაც შეიძლება გარდაიქმნას უშუალოდ ტვინის უჯრედების წინამორბედებად - თუ ცილა ბრაჰმა აკლია.

გასაკვირი დაკვირვება

მკვლევარები სწავლობდნენ ცილა ბრაჰმას როლს გულის უჯრედების დიფერენციაციაში, რადგან 2019 წელს აღმოაჩინეს, რომ ის მუშაობს სხვა მოლეკულებთან, რომლებიც დაკავშირებულია გულის ფორმირებასთან.

თაგვის ემბრიონის ღეროვანი უჯრედების კერძში მათ გამოიყენეს CRISPR გენომის რედაქტირების მიდგომები, რათა გამოერთოთ გენი Brm (ის, რომელიც აწარმოებს ცილას ბრაჰმას). და მათ შენიშნეს, რომ უჯრედები აღარ იყო დიფერენცირებული გულის უჯრედების ნორმალურ წინამორბედებად.

„დიფერენცირებიდან 10 დღის შემდეგ ნორმალური უჯრედები რიტმულად ცემენ; ისინი აშკარად გულის უჯრედებია“, - ამბობს სვეტანსუ ჰოტა, დოქტორი, კვლევის პირველი ავტორი და ბრუნოს ლაბორატორიის თანამშრომელი. ”მაგრამ ბრაჰმას გარეშე, მხოლოდ ინერტული უჯრედების მასა იყო. ცემა საერთოდ არ არის“.

შემდგომი ანალიზის შემდეგ, ბრუნოს გუნდმა გააცნობიერა, რომ უჯრედების არ ცემის მიზეზი იყო ის, რომ ბრაჰმას ამოღებამ არა მხოლოდ გამორთო გულის უჯრედებისთვის საჭირო გენები, არამედ ტვინის უჯრედებში საჭირო გენებიც გაააქტიურა. გულის წინამორბედი უჯრედები ახლა ტვინის წინამორბედი უჯრედები იყო.

შემდეგ მკვლევარებმა მიჰყვეს დიფერენცირების ყველა საფეხურს და მოულოდნელად აღმოაჩინეს, რომ ეს უჯრედები არასოდეს დაბრუნებულა პლურიპოტენტურ მდგომარეობაში. სანაცვლოდ, უჯრედებმა გაცილებით დიდი ნახტომი გააკეთეს ღეროვანი უჯრედების ბილიკებს შორის, ვიდრე აქამდე იყო დაფიქსირებული.

„რაც ჩვენ ვნახეთ არის ის, რომ უჯრედს ვადინგტონის ლანდშაფტის ერთ ხეობაში, შესაბამისი პირობებით, შეუძლია სხვა ხეობაში გადახტომა მწვერვალზე ასვლის გარეშე“, - ამბობს ბრუნო.

გაკვეთილები დაავადებისთვის

მიუხედავად იმისა, რომ უჯრედების გარემო ლაბორატორიულ ჭურჭელში და მთელ ემბრიონში საკმაოდ განსხვავებულია, მკვლევარების დაკვირვებები ატარებს გაკვეთილებს უჯრედების ჯანმრთელობისა და დაავადების შესახებ. Brm გენის მუტაციები დაკავშირებულია გულის თანდაყოლილ დაავადებებთან და სინდრომებთან, რომლებიც მოიცავს ტვინის მუშაობას. გენი ასევე მონაწილეობს კიბოს რამდენიმე სახეობაში.

თუ ბრაჰმას ამოღებამ შეიძლება მეზოდერმის უჯრედები (როგორიცაა გულის უჯრედების წინამორბედები) გადააქციოს ექტოდერმულ უჯრედებად (როგორიცაა ტვინის უჯრედების წინამორბედები), მაშინ შესაძლოა Brm გენში მუტაციები იყოს ის, რაც ზოგიერთ კიბოს უჯრედს აძლევს უნარს მასიურად შეცვალოს გენეტიკური პროგრამა. ამბობს ბრუნო.

დასკვნები ასევე მნიშვნელოვანია საბაზისო კვლევის დონეზე, დასძენს ის, რადგან მათ შეუძლიათ ნათელი მოჰფინონ, თუ როგორ შეიძლება უჯრედებმა შეცვალონ თავიანთი ხასიათი დაავადების პირობებში, როგორიცაა გულის უკმარისობა და რეგენერაციული თერაპიის შემუშავებისთვის, მაგალითად, ახალი გულის უჯრედების ინდუქციის გზით.

”ჩვენი კვლევა ასევე გვეუბნება, რომ დიფერენციაციის გზები ბევრად უფრო რთული და მყიფეა, ვიდრე ჩვენ გვგონია”, - ამბობს ბრუნო. „დიფერენცირების გზების უკეთ ცოდნა ასევე დაგვეხმარება გულის თანდაყოლილი და სხვა დეფექტების გაგებაში, რომლებიც ნაწილობრივ წარმოიქმნება დეფექტური დიფერენციაციის შედეგად“.