به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، طبق اعلام انجمن سرطانی آمریکا، بازماندگان سرطان کودکی ممکن است در زندگی بزرگسالی دچار مشکلات سلامتی شوند. بسیاری از پسرانی که قبل از بلوغ تحت درمان‌های شیمی‌درمانی یا پرتودرمانی قرار می‌گیرند، ممکن است توانایی تولید اسپرم خود را از دست بدهند، زیرا این درمان‌ها می‌توانند سلول‌های تولیدمثلی آن‌ها را آسیب بزنند. یک مطالعه منتشر شده در مجله Stem Cell Reports، که رهبری آن توسط ائون ویلین، دکترای تخصصی، و رالف برینستر، دکترای تخصصی و وکیلی، انجام شده است، در حال پایه‌گذاری راهکارهایی است که به بازماندگان سرطان کودکی کمک کند تا بتوانند در آینده پدر و مادر شوند. 

مراحل اسپرم‌سازی

مراحل اسپرم‌سازی فرایند تولید سلول‌های اسپرم، برای باروری مردان ضروری است. اما هنوز بسیاری از جزئیات نحوه بلوغ و تمایز این سلول‌ها به اسپرم‌های تخصصی ناشناخته باقی مانده است. تحقیقات ویلین و برینستر، با بررسی شبکه‌های تنظیمی ژنی حفظ شده در طول فرآیند اسپرم‌سازی در مدل‌های حیوانی، شناخت عوامل رونویسی، هدف‌های آن‌ها در سراسر ژنوم و ژن‌های پایین‌دستی که تحت تأثیر قرار می‌گیرند را ارائه می‌دهد. در طول اسپرماتوژنز، سلول‌های بنیادی اسپرماتوگونیمای غیرتخصص‌یافته (SSC) تمایز یافته و تمام سلول‌های جنسی مردانه در بیضه‌های بالغ را تولید می‌کنند. سلول‌های اسپرماتوگونیمای در حال تقسیم میتوزی، تمایز یافته و وارد مرحله میوز می‌شوند تا اسپرماتیدها را تشکیل دهند که سپس به صورت نهایی به اسپرم تبدیل می‌شوند. تغییرات سلولی پیچیده‌ای که همراه با اسپرماتوژنز رخ می‌دهد. با این حال، علی‌رغم توانایی scRNA-seq در تفکیک مسیرهای تمایزی با دقت بالا، این فناوری قادر به شناسایی مکانیزم‌های تنظیم ژن یا تأثیرات پسابینایی بر غلظت پروتئین نیست که ممکن است بر اسپرماتوژنز تأثیرگذار باشند.

شیوه مطالعاتی

مطالعات اپی‌ژنتیک و پروتئومیک تک‌سلولی درباره اسپرماتوژنز پستانداران درک ما را از مکانیزم‌های تنظیم و پسابینایی در این فرآیند افزایش داده‌اند، اما تاکنون تحلیلی جامع و مقایسه‌ای میان گونه‌ها در مورد تغییرات ساختار کروماتین، رونویسی و بیان پروتئین انجام نشده است. موش و موش صحرایی هر دو مدل‌های دیرینه و معتبر در مطالعه اسپرماتوژنز پستانداران هستند و فرآیند رشد از سلول‌های بنیادی تا اسپرم در این دو گونه به خوبی شناخته شده است ، بنابراین این دو گونه حیاتی برای بررسی رویدادهای مولکولی در تمایز هستند. در این مطالعه، ما تجزیه و تحلیل چند-مُداز اسپرماتوژنز موش و rat را برقرار کرده‌ایم، و به مقایسه و بررسی تفاوت‌های نشانگرهای چندمدلی وضعیت سلولی در بین این دو گونه پرداخته‌ایم. به طور خاص، از توالی‌یابی تک‌سلولی/هسته‌ای RNA (sc/snRNA-seq) و توالی‌یابی بر پایه دسترسی به کروماتین با استفاده از نوارهای تک‌هسته‌ای (snATAC-seq) که همزمان در همان سلول‌ها ثبت شده‌اند، بهره برده‌ایم تا مقایسه‌ای بی‌سابقه در مکانیزم‌های تنظیم ژنی که در تغییرات رونویسی نقش دارند انجام دهیم. ما مناطقی از تنظیم‌کننده‌های ژنی را یافتیم که با بیان ژن‌های مرتبط با سلول‌های جنسی شناخته‌شده همبسته بودند. همچنین، با استفاده از تکنیک (CITE-seq) توانستیم همزمان پروفایلینگ کلی سلول‌های ترنسکریپتی و پروتئینی را انجام دهیم. این تکنیک‌های ترکیبی به‌ویژه برای بررسی اساس مکانیزمی اسپرم‌سازی اهمیت دارند، زیرا کنترل‌های پسابینایی متفاوتی می‌توانند ترجمه ژن‌های اسپرم‌ساز را به تأخیر اندازند و بنابراین سطح‌های رونویسی و پروتئینی را از هم جدا کنند. این مطالعه مجموعه‌ای اصلی و محافظت‌شده از regulons را شناسایی می‌کند که مسئول تنظیم چندین مرحله از مسیر اسپرماتوژنز هستند.

 مطالعات انجام شده در این زمینه

با استفاده از آزمایش‌های چندگانه درون‌سلولی (multiomic)، محققان مسیر توسعه پیچیده سلول‌های جنسی مردانه را از طریق تغییرات بیان ژن و اپی‌ژنتیک شناسایی کردند. پژوهشگران هم فرآیند میوز، که سلول‌های تولیدمثل یا گامت‌ها را می‌سازد، و هم فرآیند اسپرم‌سازی نهایی (سپرمیوژنز)، که در آن سلول‌های مردانه در میانه توسعه خود به اسپرم‌ها (سلول‌های منی) تبدیل می‌شوند، مورد بررسی قرار دادند. برینستر گفت: «ما متوجه شدیم که هر مرحله با تغییرات خاص در دسترسی به کروماتین (DNA و پروتئین‌های آن) مرتبط است.» او افزود: «این درک بهتر از تنظیم فرآیند اسپرم‌سازی، پایه‌ای برای مطالعات بعدی و فناوری‌هایی برای بازیابی باروری در پسران پیش‌پیوسته که در اثر درمان‌های سرطان توانایی تولید اسپرم خود را از دست داده‌اند، فراهم می‌کند.»   برینستر، که استاد ریچارد کینگ ملون در فیزیولوژی تولید مثل است، تصور چنین درمان‌هایی را نزدیک بیست سال پیش داشت؛ روشی که در آن بافت بیضه برای مدت طولانی یخ‌زده و پس از درمان موفقیت‌آمیز سرطان به بدن پیوند داده می‌شود تا توانایی تولیدمثل فرد بازگردانده شود. این درمان‌ها اکنون در حال تحقق است. در نوامبر ۲۰۲۳، یک مرد ۲۴ ساله که سابقه ابتلا به سرطان دارد، تحت پیوند مجدد بافت یخ‌زده قرار گرفت. کی‌ل اورویگ از دانشگاه پیتسبرگ، که هدایت این پیوند را بر عهده داشت، شاگرد برینستر بود و در آزمایشگاه او به عنوان محقق پست‌دکترا فعالیت می‌کرد. در مطالعه‌ای دیگر در سال ۲۰۲۲ که در PLOS Biology منتشر شد، ویلین و همکاران نشان دادند که سلول‌های بیضه موش پس از بیش از ۲۰ سال یخ‌زدگی می‌توانند پیوند زده شوند و باعث تولید اسپرم در testes ناتوان شده قبلی شوند. اما این سلول‌ها در مقایسه با سلول‌هایی که برای مدت کوتاه‌تری یخ‌زده بودند، با نرخ کمتری اسپرم تولید کردند، و نشان دادند که فرآیند اسپرم‌سازی پس از میوز دچار اختلال شده است. این نواقص مدت‌ها پس از پیوند باقی مانده و نشان می‌دهد که تغییرات اپی‌ژنتیک در سلول‌های بنیادی استنشاقی می‌تواند در طولانی مدت به ارث برسد.

یافتن برنامه تمایزی دقیق سلول‌های بنیادی جنسی مردانه

ویلین گفت: «این از دست دادن انتقال دقیق برنامه تمایزی در سلول‌های بنیادی جنسی مردانه پس از نگهداری بلندمدت در حالت یخ‌زدگی، نیازمند مطالعه بیشتر است. اجرای برنامه ژنتیکی نیازمند اصلاحات مداوم برای یخ‌زدایی موفقیت‌آمیز تمامی سلول‌های بنیادی است.»  ویلین و همکارانش در آزمایشگاه برینستر در حال ادامه این تحقیقات هستند. آن‌ها یک اطلس جدید از بیان ژن و دسترسی به کروماتین در اسپرم‌سازی طبیعی ساخته‌اند که می‌تواند به عنوان پایه‌ای برای نقشه‌برداری تغییرات اپی‌ژنتیک پس از پیوند بافت یخ‌زده در بلندمدت استفاده شود، تا تغییرات خاص ژنی و کروماتینی که منجر به کاهش عملکرد می‌شوند، شناسایی گردد.   ویلین گفت: «با ساختن نقشه‌ای دقیق از چگونگی توسعه سلول‌های تولیدمثل و شناسایی مکان‌هایی که نقص‌ها پس از یخ‌زدگی بلندمدت رخ می‌دهد، امیدواریم بتوانیم آسیب‌های وارده به ظرفیت بازسازی سلول‌های بنیادی را محدود یا حتی معکوس کنیم.» او افزود: «این موضوع اهمیت عملی واقعی برای خانواده‌های تحت تأثیر سرطان کودکی دارد.» 

پایان مطلب/.