تحقیقات جدید بروی نقش میتوکندری در تعیین سرنوشت سلولهای بنیادی
همه ما شنیده ایم که آنچه بالا میرود باید پایین بیاید. اما اکنون، به لطف تحقیقات دانشگاه میشیگان، می‌آموزیم که آنچه پایین می‌آید نیز میتواند بالا رود.. در واقع، در این زمینه، اصل جدید ما را دعوت میکند تا درباره یک ایده قدیمی تجدید نظر کنیم، ایده‌ای که به ما میگوید سلولی که قبلاً در مسیر تمایز خاصی حرکت میکند، باید به حرکت خود ادامه دهد.
دکتر Cunming Duan، استاد زیست شناسی مولکولی و سلولی و تکامل در دانشگاه میشیگان، توضیح داد: «سرنوشت و تمایز سلولی شبیه به توپی است که از روی تپه به سمت پایین میرود. «توپ، سلول بنیادی است. سلول بنیادی تقسیم میشود و به یک سلول پیشساز تبدیل میشود که در آینده به سلول پوست، نورون، کبد یا عضله تبدیل خواهد شد. این که توپ فقط از سربالایی به سرازیری می‌رفت، ایده‌ای برای مدت طولانی بود.
“مردم همچنین فکر میکردند که این مسئله در مورد بازسازی بافت بزرگسالان صدق میکند. اگر پوست خود را برش میدادید یا عضله ای را زخمی میکردید، تصور این بود که جمعیتی از سلولهای بنیادی بالغ همانند توپی که از تپه می غلتد کار مشابهی را انجام داده و منجر به بازسازی پوست یا عضله میشوند. اما در چند دهه اخیر، محققان نشان دادهاند که این مسئله بسیار ساده است.
Duan و همکارانش به درک پیچیده‌تری از روش‌هایی که سلولهای تمایز یافته میتوانند پس از آسیب یا استرس وارد چرخه سلولی شوند، کمک میکنند. به عنوان مثال، آنها اخیراً یک مکانیسم جدید بازسازی سلولی را توصیف کردند. جزییات این مطالعه در مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم، در مقالهای با عنوان، “بیان Sgk1در میتوکندری ناشی از سیگنالینگ ROS، نوسازی سلولهای اپیتلیال را تنظیم میکند” آورده شده است.
نویسندگان مقاله نوشتند: «[ما] با استفاده از مدل زبرافیش بررسی کردیم که چگونه سلولهای خاموش که در آن جمعیتی از سلولهای اپیتلیال متمایز تحت یک زمینه فیزیولوژیکی قرار دارند، دوباره فعال میشوند». آنها همچنین گزارش دادند که “افزایش پتانسیل غشای میتوکندری و چرخه TCA/OXPHOS برای ورود مجدد چرخه سلولی لازم و کافی است.”
مشخص شده است که علاوه بر دویدن در سراشیبی، یک سلول میتواند از تپه عبور کرده و به سلولی متفاوت تبدیل شود. همچنین، یک سلول میتواند به بالای یک تپه برگردد و تبدیل به یک سلول پیش ساز برای تولید سلولهای بیشتر شود. به عنوان مثال، در پانکراس انسان، سلولهای آلفا هورمونی به نام گلوکاگون و سلولهای بتا هورمون انسولین را تولید میکنند. با این حال سلولهای آلفا میتوانند به سلول های بتا نیز تبدیل شوند.
همچنین مشخص شده است که سلولها در صورت استرس یا آسیب میتوانند تمایز زدایی کنند. به عنوان مثال، یک سلول بتا میتواند تمایز زدایی کند و به یک سلول پیش ساز تبدیل شود و در نتیجه سلولهای بتا سالم بیشتری تولید کند. مطالعات اخیر نشان داده است که تمایز زدایی منحصر به سلولهای بتا نیست. بسیاری از سلولهای کاملاً تمایز یافته میتوانند در صورت آسیب به بافت، به عقب برگردند. سلولهای سرطانی نیز این نوع پلاستیسیتی را نشان میدهند که توانایی درمان سرطان را پیچیده میکند. این مطالعات اخیر مبتنی بر آزمایشهای انجام شده در سیستمهای مصنوعی است.
Duan و همکارانش علاقه مند به کار در “زمینه فیزیولوژیکی” بودند. بنابراین، آنها یک مدل زبرافیش را توسعه دادند. انجام این کار باعث میشود که آنها مجبور نباشند کاری بیهوده مانند برداشتن بخشی از قلب زبرافیش یا بریدن بخشی از کبد پستانداران به عنوان روشی برای مطالعه فرآیندهای سلولی انجام دهند.
در این مدل، محققان سلولهای اپیتلیال انتقال دهنده یون کلسیم را با یک پروتئین فلورسنت سبز که این سلولها را روشن میکند، برچسب گذاری کردند. با استفاده از این روش، آنها توانستند این سلولهای تمایز یافته را وادار کنند تا دوباره وارد چرخه سلولی شوند و تقسیم سلولی را ببینند و به ویژه روی فرآیندهای مرتبط با میتوکندری متمرکز شوند.
میتوکندری مولکول ATP را تولید میکند. Duan ادعا دارد که میتوکندریها تواناییهای بیشتری دارند. هنگامی که آنها قند را برای تولید ATP تجزیه میکنند، گونه های اکسیژن فعال (ROS) را نیز تولید میکنند. در مقادیر مناسب، ROS میتوکندری میتواند به عنوان یک سیگنال عمل کند. این تیم تحقیقاتی دریافت که وقتی تمایز زدایی و تکثیر سلولی القا شود، تولید ATP افزایش یافته و متعاقبا سطح ROS میتوکندری در این سلولها نیز افزایش می یابد. هنگامی که سطح ROS بالا میرود، آنزیم۱ Sgk که در پاسخ به استرس سلولی نقش دارد نیز در سیتوپلاسم سلول افزایش می یابد. سپس۱ Sgk از سیتوپلاسم به داخل میتوکندری رفته و آنزیم سنتز کننده ATP را فسفریله میکند و تولید ATP شروع میشود. برای بررسی تأثیر این حلقه بر توانایی سلول برای تمایز زدایی، محققان هر مرحله از این چرخه را مسدود کردند.
Duan میگوید: «ما احساس میکنیم که این در واقع برای بازگشت سلول به چرخه سلولی لازم است. در این مدل حیوانی، ما اگر آنزیم سازنده ATP را از بین ببریم، اگر۱ Sgk را حذف کنیم، اگر تولید ROS را مسدود کنیم و در کل اگر هر یک از این مراحل را مسدود کنیم، سلول دیگر نمی‌تواند به چرخه سلولی برگردد.
محققان سپس این حلقه میتوکندریایی را در سلولهای زنده سرطان سینه انسان بررسی کردند و دریافتند که همان مراحل در سلولهای سرطان سینه نیز انجام میشود. این نتیجه نشان میدهد که مکانیسم از نظر تکاملی حفظ شده است.
سلول‌هایی که از این مکانیسم بهره‌برداری میکنند شامل سلولهای سرطانی میشوند که Duan و همکارانش امیدوارند روزی با درک بهتر پلاستیسیتی سلول، راحت‌تر مورد هدف قرار گیرند. Duan خاطرنشان کرد: نوع شکل پذیری سلولی که در بافت های در حال بازسازی دیده میشود، در سرطان نیز دیده میشود. او ادامه داد: «این به عنوان یکی از چالش‌های اصلی در نظر گرفته میشود که چرا ما نمی‌توانیم سلولهای سرطانی را به راحتی درمان کنیم. اگر یک سلول بنیادی سرطانی را از بین ببرید، دیگری میتواند بازگردد. سلولها و حیوانات بسیار انعطاف‌پذیرتر از آن چیزی هستند که ما تصور میکردیم. ما قبلاً تصور میکردیم که آنها به نوعی سفت و سخت هستند. همچنین میتوکندری نقش بسیار مهم‌تری نسبت به آنچه تاکنون تصور میکردیم، در سلول بازی میکند. ما یک مسیر بسیار پیچیده پیدا کردیم که در یک سطح زیر سلولی (subcellular level) کار میکند و توانایی سلول را برای انعطاف پذیری دیکته میکند.»
در مرحله بعد، Duan امیدوار است بتواند این حلقه میتوکندریایی را در سایر انواع سلولها بهتر درک کند، با این ایده که روزی میتوان مسیر را هم برای بازسازی بافت و هم برای جلوگیری از رشد غیر طبیعی سلولها در سرطان، هدف قرار داد.
لینک خبر:
