به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، پژوهشگران با ایجاد یک چارچوب چند‌مدلی تک‌سلولی موفق شدند نقشه‌ای جامع از فرآیند خون‌سازی در موش‌ها ارائه دهند. این چارچوب، داده‌های RNA، پروتئین‌های سطحی و وضعیت کروماتین را همزمان تحلیل می‌کند و تصویری تازه از مسیرهای تمایز سلول‌های بنیادی خون‌ساز ارائه می‌دهد. یافته‌ها نشان می‌دهند که خون‌سازی برخلاف تصور گذشته، یک جریان پیوسته و یکنواخت نیست، بلکه از مجموعه‌ای از حالت‌های نسبتاً پایدار و گسسته عبور می‌کند که سلول‌ها در هر مرحله ویژگی‌های خاص خود را از نظر بیان ژن، فعالیت فاکتورهای رونویسی و وضعیت کروماتین نشان می‌دهند. این دیدگاه می‌تواند چارچوب جدیدی برای درک تمایز سلولی و کاربردهای درمانی آن فراهم کند.

شناسایی حالت‌های گسسته

با تحلیل دقیق جمعیت سلولی مغز استخوان موش، محققان دریافتند سلول‌ها پیش از ورود به مسیرهای اختصاصی، از میان ایستگاه‌های موقت و مشخص عبور می‌کنند. این حالت‌ها نه تنها از نظر ساختاری پایدارند، بلکه فعالیت ژن‌ها و فاکتورهای رونویسی در آن‌ها نشان‌دهنده تنظیم دقیق مسیرهای افتراق است. این یافته مدل سنتی خون‌سازی را که گذار تدریجی و پیوسته سلول‌ها از حالت بنیادی به سلول‌های نهایی را فرض می‌کرد، به چالش می‌کشد و بیان می‌کند که سلول‌ها در مسیر خود توقف‌های موقت و تصمیم‌گیری‌های کلیدی دارند. یکی از مهم‌ترین یافته‌ها شناسایی جمعیت MultiLin است؛ پیش‌سازهایی چندخطه که در نقطه‌ای بین سلول بنیادی و مسیرهای اختصاصی‌تر قرار دارند. پژوهشگران مسیرهای افتراق این سلول‌ها به شاخه‌های مگاکاریوسیت-اریتروا، میلوئید و لنفوئید را دنبال کردند و دریافتند که این سلول‌ها نقش حیاتی در تصمیم‌گیری مسیر تمایز ایفا می‌کنند. توانایی جداسازی و مطالعه عملکردی این حالت‌ها، امکان مداخله هدفمند در مسیرهای خون‌سازی و استفاده در بازسازی خون یا درمان اختلالات خون‌ساز را فراهم می‌کند.

شبکه‌های تنظیم ژنی و کروماتینی

تحلیل داده‌ها نشان داد که شبکه‌های ژنی و فعالیت فاکتورهای رونویسی به طور مستقیم با گذار سلول‌ها بین حالت‌های مختلف مرتبط هستند. تغییر در فعالیت فاکتورهایی مانندGata2 وRunx1 می‌تواند عبور سلول از یک حالت به حالت دیگر را هدایت کند و تغییرات در الگوی باز بودن کروماتین با فعال یا خاموش شدن مسیرهای ژنی هم‌زمان است. این کشف نشان می‌دهد که کنترل حالت‌های سلولی تنها به سطحRNA محدود نمی‌شود و ساختار کروماتین و تعاملات مولکولی نقش کلیدی در هدایت مسیر تمایز ایفا می‌کنند. نتایج حاصل از این چارچوب چند‌مدلی، مدل سنتی جریان پیوسته خون‌سازی را به مدل گسسته‌ای تبدیل می‌کند که در آن سلول‌ها در ایستگاه‌های مشخص توقف می‌کنند و تصمیم‌های مسیر افتراق خود را می‌گیرند. این مدل جدید امکان بررسی دقیق مسیرهای اختصاصی و نقش ایستگاه‌های میانی را فراهم کرده و پژوهشگران را قادر می‌سازد تا راهکارهای کنترل مسیرهای خون‌سازی را توسعه دهند. مطالعات مشابه در انسان و موش نشان داده‌اند که جمعیت‌های سلولی با حالت‌های پایدار وجود دارند و مسیرهای خون‌سازی از الگوی گسسته تبعیت می‌کنند. این یافته‌ها اهمیت بالینی دارد زیرا نشان می‌دهد که مدل گسسته خون‌سازی اصول بنیادی را در سطح سلول‌های بنیادی خون‌ساز منعکس می‌کند و می‌تواند در طراحی درمان‌های بازسازی خون و سلول‌درمانی مورد استفاده قرار گیرد. ترکیب داده‌های RNA، پروتئین سطحی و کروماتین امکان مشاهده چند لایه از تنظیم سلولی را فراهم می‌کند و محدودیت‌های تحلیل‌های صرفاًRNA را برطرف می‌سازد. این رویکرد نه تنها نقشه دقیق‌تری از مسیرهای تمایز ارائه می‌دهد، بلکه می‌تواند در حوزه‌های دیگر زیست‌پزشکی مانند مطالعه سلول‌های ایمنی و مسیرهای تغییر سلولی در سرطان نیز کاربرد داشته باشد.

تأثیر محیط ریزبافت

پژوهشگران همچنین دریافتند که شرایط محیطی، از جمله سیگنال‌های سایتوکاینی و تعامل با سلول‌های استرومال، بر پایداری حالت‌های گسسته تأثیرگذار است. سلول‌های بنیادی در حضور سیگنال‌های خاص تمایل دارند در ایستگاه‌های مشخص باقی بمانند و این وابستگی محیطی ممکن است توضیح دهد چرا در بیماری‌هایی مانند لوسمی مسیرهای تمایز مختل می‌شوند و سلول‌ها در حالت‌های میانی متوقف می‌مانند. با شناخت دقیق حالت‌های میانی و شبکه‌های تنظیم ژنی، می‌توان سلول‌های خونساز را قبل از افتراق در مسیرهای مشخص هدایت کرد یا مسیرهای اختلال‌یافته را اصلاح نمود. این چارچوب می‌تواند در بازسازی خون، درمان کم‌خونی، لوکمی و پیوند سلول‌های بنیادی، نقش اساسی ایفا کند و امکان توسعه روش‌های هدفمند سلول‌درمانی را فراهم نماید.

تنظیم مسیرهای افتراق با فاکتورهای رونویسی

تحقیقات نشان می‌دهد که فاکتورهای رونویسی نقش تعیین‌کننده‌ای در هدایت سلول‌های بنیادی خون‌ساز به سمت مسیرهای افتراق اختصاصی دارند. این پروتئین‌ها با اتصال به نقاط خاصی از کروماتین، فعالیت ژن‌های کلیدی را فعال یا مهار می‌کنند و به سلول امکان می‌دهند تصمیم بگیرد که در کدام ایستگاه گسسته بماند یا به مرحله بعدی گذار کند. تغییرات در سطح یا فعالیت فاکتورهای رونویسی می‌تواند باعث منحرف شدن سلول‌ها از مسیر طبیعی شود یا سرعت گذار بین حالت‌ها را افزایش دهد. پژوهشگران با تحلیل شبکه‌های ژنی و الگوهای کروماتینی دریافتند که فاکتورهایی مانند Gata2، Runx1 و Tal1 نقش هماهنگ‌کننده در حفظ تعادل بین چندخطه‌بودن و اختصاصی‌شدن سلول‌ها دارند. این یافته‌ها نشان می‌دهد که تنظیم دقیق فعالیت فاکتورهای رونویسی می‌تواند ابزاری برای کنترل مسیرهای خون‌سازی در شرایط طبیعی و بیماری باشد و امکان طراحی درمان‌های هدفمند سلول‌درمانی را فراهم می‌آورد. مطالعه جدید نشان می‌دهد که انعطاف‌پذیری سلول‌های خونساز بیش از آن است که پیش‌تر تصور می‌شد. حالت‌های میانی سلول‌ها می‌توانند به صورت پویا پاسخ به شرایط محیطی و سیگنال‌های داخلی را تغییر دهند و مسیر افتراق خود را تطبیق دهند. این انعطاف‌پذیری، کلید درک بهتر بیماری‌های خون‌ساز و طراحی درمان‌های دقیق‌تر است. با وجود پیشرفت‌ها، پرسش‌هایی باقی مانده است. بررسی مدل‌های انسانی، پاسخ حالت‌های گسسته به شرایط استرس‌زا و توسعه ابزارهای دقیق‌تر برای جداسازی و کنترل شبکه‌های ژنی و کروماتینی، موضوعات اصلی تحقیقات آتی خواهند بود. شناخت این سازوکارها می‌تواند پایه‌ای برای طراحی درمان‌های پیشگیرانه و بازسازی خون در شرایط مختلف باشد.

جمع‌بندی

این چارچوب چند‌مدلی تک‌سلولی تصویری نو از خون‌سازی ارائه می‌دهد که در آن سلول‌ها از میان حالت‌های پایدار و گسسته عبور می‌کنند و مسیرهای افتراق خود را با دقت تنظیم می‌کنند. یافته‌ها نشان می‌دهد که خون‌سازی نه یک جریان نرم و پیوسته، بلکه مجموعه‌ای از ایستگاه‌های تصمیم‌گیری سلولی است که می‌توان آن‌ها را شناسایی و هدایت کرد. این رویکرد می‌تواند مسیر جدیدی برای بازسازی خون، درمان اختلالات خون‌ساز و توسعه سلول‌درمانی هدفمند ایجاد کند و دانشمندان را قادر سازد تا فرآیندهای سلولی را با دقت بیشتری تحلیل و کنترل نمایند.

پایان مطلب./