به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، محققان موفق به شناسایی هفت ژن شدند که نقش اساسی در تمایز سلول‌های بنیادی جنینی موش به سلول‌های بنیادی خون‌ساز دارند. این کشف، که از طریق یک صفحه‌نمایی ژنومی گسترده با استفاده از فناوری CRISPRa انجام شده است، می‌تواند راهگشای توسعه روش‌های جدید در درمان بیماری‌های خونی و تقویت سیستم ایمنی باشد. تسلط بر فرایند تمایز سلول‌های بنیادی به سلول‌های خونی از دیرباز هدفی مهم در زیست‌فناوری و پزشکی ترمیمی بوده است. درک دقیق مسیرهای ژنتیکی حاکم بر این فرایند، می‌تواند راه را برای تولید سلول‌های خونی سازگار با بدن و درمان بیماری‌های هماتولوژیک هموارتر کند.

روش‌شناسی پیشرفته برای شناسایی ژن‌های مؤثر

پژوهشگران در این مطالعه از یک صفحه‌نمایی ژنومی بی طرف بهره بردند تا ژن‌هایی را که در فرآیند تمایز سلول‌های بنیادی جنینی به سلول‌های خونی نقش دارند، شناسایی کنند. آن‌ها با استفاده از فناوری CRISPRa، فعالیت ژن‌ها را در مراحل اولیه تمایز مزودرم افزایش دادند. سپس، سلول‌های KDR+ به‌دست‌آمده را به موش‌های ایمنی پیوند زدند. نتایج این مطالعه نشان داد که فعال‌سازی هفت ژن خاص، شامل Spata2، Aass، Dctd، Eif4enif1، Guca1a، Eya2 و Net1، منجر به تولید سلول‌های بنیادی و پیش‌سازهای خونی با قابلیت پیوند و تولید چندین رده سلولی خونی در بدن میزبان شد.

تأیید عملکرد ژن‌های شناسایی‌شده در محیط زنده

برای ارزیابی عملکرد این ژن‌ها، محققان سلول‌های تمایز یافته را به موش‌های ایمن شده پیوند زدند که مشاهده شد این سلول‌ها قادر به تولید سلول‌های خونی مختلف از جمله گلبول‌های قرمز، سلول‌های میلوئیدی و لنفوسیت‌هایT وB هستند. این یافته‌ها نشان‌دهنده توانایی این سلول‌ها در بازسازی سیستم خونی و ایمنی بدن میزبان است.

تحلیل‌های ژنومی

تجزیه و تحلیل‌های RNA تک‌سلولی نشان داد که فعال‌سازی این هفت ژن باعث تمایل بیشتر سلول‌ها به مسیرهای تمایز درون‌جنینی می‌شود، که برای تولید سلول‌های بنیادی خون‌ساز ضروری است. این تغییرات در مسیرهای تمایز نشان‌دهنده نقش کلیدی این ژن‌ها در تعیین سرنوشت سلولی است. مطالعات دانشمندان همچنین نشان داد استفاده از صفحه‌نمایی RNAi برای شناسایی ژن Mp1 نقش دارد که این ژن تاثیر مهمی در تمایز سلول‌های بنیادی جنینی دارد.

پیچیدگی‌های زیست‌مولکولی در تمایز سلول‌های بنیادی

تمایز سلول‌های بنیادی جنینی به سلول‌های خونی فرآیندی پیچیده و چندمرحله‌ای است که در آن، شبکه‌ای از سیگنال‌های درون‌سلولی و برون‌سلولی با هم تعامل دارند. مطالعات اخیر نشان می‌دهد که فعال‌سازی هم‌زمان چندین ژن، به‌ویژه آن‌هایی که پیش‌تر در نقش‌های غیرخونی شناخته شده بودند، می‌تواند مسیرهای تمایز را به‌شدت تحت تأثیر قرار دهد. بسیاری از این ژن‌ها در عملکردهای سلولی مانند تنظیم رونویسی، کنترل چرخه سلولی، و پاسخ‌های استرس سلولی دخیل هستند. به نظر می‌رسد که نقش آن‌ها در بازتعریف سرنوشت سلولی، تنها از طریق تغییر در بیان مستقیم ژن‌های خونی نبوده، بلکه با تغییر در محیط اپی‌ژنتیکی و بازسازی ساختار کروماتین نیز همراه است. این موضوع نشان‌دهنده‌ی چندلایه بودن کنترل سرنوشت سلولی در مراحل اولیه‌ی تکوین است.

مزایای استفاده از  CRISPRa در مطالعه تمایز سلولی

یکی از نوآوری‌های کلیدی در این پژوهش، بهره‌گیری از سیستم CRISPRa به‌عنوان ابزاری برای افزایش بیان ژن‌ها بدون ایجاد برش در DNA است. برخلاف تکنولوژی‌های قدیمی‌تر مانند RNAi که با سرکوب بیان ژن عمل می‌کردند، CRISPRa به محققان امکان می‌دهد تا عملکرد بالقوه‌ی ژن‌هایی را بررسی کنند که در شرایط طبیعی خاموش هستند. این ویژگی، به‌ویژه در زمینه‌ی تمایز سلول‌های بنیادی، اهمیت دارد؛ زیرا بسیاری از مسیرهای تکوینی در حالت جنینی غیرفعال باقی می‌مانند و فقط در زمان‌های خاصی از تکوین فعال می‌شوند. استفاده از این فناوری در مرحله مزودرمی به‌درستی توانست پنجره‌ی حساس زمانی را هدف قرار دهد که در آن سلول‌ها آمادگی لازم برای تغییر سرنوشت خود را دارند. این کار همچنین خطر تخریب یا جهش‌های ناخواسته در ژنوم را کاهش داد که یک مزیت مهم برای استفاده‌های درمانی آتی به شمار می‌آید.

انتقال داده‌ها به کاربردهای بالینی

یکی از چالش‌های اصلی در این مطالعه بازتولید پایدار سلول‌های خونی عملکردی در مقیاس بالا و با کیفیت قابل اطمینان است. همچنین، کنترل دقیق زمان و میزان بیان ژن‌های معرفی‌شده برای جلوگیری از تمایز ناقص یا ناپایدار ضروری است. سلول‌هایی که از نظر عملکرد مشابه سلول‌های خونی طبیعی باشند، باید قابلیت پیوند، بقا و عملکرد طولانی‌مدت در بدن انسان را نیز داشته باشند. هرگونه ناهمگنی در محصول نهایی می‌تواند منجر به عوارضی مانند سرطان‌زایی یا واکنش‌های ایمنی شود. بنابراین، بهینه‌سازی شرایط کشت، بررسی دقیق ایمنی، و ارزیابی کارایی پیوند در مدل‌های پیش‌بالینی، مراحل حیاتی پیش از استفاده درمانی این فناوری محسوب می‌شوند.

بررسی دیگر ژن‌های خاموش

نتایج این پژوهش توجه‌ها را به سمت ژن‌هایی جلب کرده که تاکنون در تمایز خونی نقشی برای آن‌ها در نظر گرفته نشده بود. بسیاری از این ژن‌ها در بافت‌های غیرخونی بیان می‌شوند یا در مسیرهای متابولیکی سلول‌های عصبی، کبدی یا عضلانی فعال هستند. این موضوع، ایده‌ی وجود نقش‌های پنهان یا ثانویه برای این ژن‌ها در مراحل اولیه‌ی تکوین را تقویت می‌کند. از این رو، پژوهش‌های آینده می‌توانند بر شناسایی ژن‌های خاموشی متمرکز شوند که در موقعیت‌های خاص تکوینی یا تحت شرایط آزمایشگاهی خاص، می‌توانند به‌عنوان عوامل القایی برای تمایز سلول‌ها عمل کنند. با گسترش پایگاه‌های داده‌ی ژنومی و بهره‌گیری از یادگیری ماشین، می‌توان مسیرهای جدیدی از تنظیم ژنتیکی را شناسایی کرد که تاکنون از دیدگاه سنتی پنهان مانده بودند. نتایج این مطالعه می‌تواند زمینه‌ساز توسعه روش‌های درمانی جدید برای بیماری‌های خونی مانند لوسمی، کم‌خونی و اختلالات ایمنی باشد. با توانایی تولید سلول‌های بنیادی خون‌ساز از سلول‌های بنیادی جنینی، امکان تولید سلول‌های خونی سازگار با بدن بیماران فراهم می‌شود، که می‌تواند نیاز به پیوند مغز استخوان از اهداکنندگان را کاهش دهد. همچنین شناسایی این هفت ژن کلیدی گامی مهم در درک فرآیندهای تمایز سلولی و توسعه روش‌های درمانی مبتنی بر سلول‌های بنیادی است.

پایان مطلب./