به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، گروهی از پژوهشگران با شناسایی نقش ساختارهای درون‌سلولی موسوم به «P bodies» در کنترل مسیر تمایز سلول‌های بنیادی، توانسته‌اند گامی بزرگ در جهت درک و هدایت سرنوشت سلول‌ها بردارند. این کشف جدید، راه را برای تولید انواع سلول‌های دشوار مانند سلول‌های زایشی و توتی‌پوتنت در آزمایشگاه هموار می‌کند و می‌تواند تحولی اساسی در درمان ناباروری، بازسازی اندام‌ها و مطالعات بیماری‌ها ایجاد کند. پس از گذشت نزدیک به سی سال از جداسازی سلول‌های بنیادی جنینی انسان، دانشمندان هنوز در تلاش‌اند تا دقیقاً دریابند چگونه یک سلول منفرد و تمایزنیافته می‌تواند به یکی از بیش از دویست نوع سلول بدن تبدیل شود. پژوهش تازه‌ای نشان می‌دهد که ساختارهایی کوچک درون سیتوپلاسم سلول، موسوم به «P bodies»، نقشی کلیدی در این فرآیند دارند. این اجسام با ذخیره موقتی RNAهای خاص، فعالیت ژن‌هایی را تنظیم می‌کنند که سرنوشت سلول را تعیین می‌نمایند. محققان با دستکاری این ساختارها توانسته‌اند سلول‌های بالغ را دوباره به حالت‌های اولیه و انعطاف‌پذیر بازگردانند و از آنها سلول‌های زایشی و توتی‌پوتنت بسازند. این دستاورد می‌تواند انقلابی در درمان‌های بازساختی، مطالعه ناباروری و طراحی داروها ایجاد کند.

سلول‌های بنیادی
سلول‌های بنیادی از شگفت‌انگیزترین عناصر زیست‌شناسی به شمار می‌آیند، زیرا قادرند به تقریباً هر نوع سلولی در بدن تبدیل شوند. از زمان کشف سلول‌های بنیادی جنینی در دهه ۱۹۹۰، دانشمندان کوشیده‌اند مسیرهای کنترل تمایز آنها را درک کنند تا بتوانند از این قابلیت در پزشکی و مهندسی بافت بهره گیرند. با وجود پیشرفت‌های فراوان، هنوز برخی انواع سلول‌ها، به‌ویژه سلول‌های زایشی و سلول‌های توتی‌پوتنت که قابلیت تبدیل به هر سلول بدن را دارند، در آزمایشگاه به سختی تولید می‌شوند. علت این دشواری، ناشناخته بودن دقیق مکانیسم‌هایی است که سرنوشت سلول را تعیین می‌کنند. پژوهش جدید دانشگاه کلرادو بولدر و کالج پزشکی بیلور اکنون به یکی از کلیدهای اصلی این فرایند دست یافته است: ساختارهایی درون‌سلولی که مانند انبارهای اطلاعات ژنتیکی عمل می‌کنند و مسیر تمایز سلول را کنترل می‌نمایند.

تاریخچه
اجسام P نخستین‌بار در آغاز قرن بیست و یکم توسط پژوهشگران شناسایی شدند. این ساختارهای کوچک در سیتوپلاسم سلول قرار دارند و شامل مجموعه‌هایی از RNA و پروتئین هستند. در ابتدا، تصور می‌شد که نقش آنها صرفاً جمع‌آوری و تجزیه RNAهای بلااستفاده است؛ چیزی شبیه به یک «کشوی اضافی» درون سلول که مولکول‌های بی‌مصرف در آن انباشته می‌شوند. اما در سال‌های بعد، مطالعات مختلف نشان داد که P bodies نه تنها محل تخریب RNA نیستند، بلکه به‌صورت فعال در تنظیم بیان ژن و کنترل سرنوشت سلولی نقش دارند. همچنین اختلال در عملکرد آنها با بیماری‌هایی چون پارکینسون و برخی سرطان‌ها مرتبط دانسته شده است. با این حال، تا پیش از مطالعه اخیر، هنوز سازوکار دقیق دخالت این ساختارها در تمایز سلول‌های بنیادی به‌روشنی شناخته نشده بود.

شیوه مطالعاتی
پژوهشگران در این مطالعه، سلول‌های بنیادی جنینی انسان، موش و مرغ را در مراحل مختلف تمایز مورد بررسی قرار دادند. آنها با بهره‌گیری از روش‌های میکروسکوپی پیشرفته و آنالیز RNA، مسیر حرکت RNAها درون سلول را ردیابی کردند. به‌ویژه، محققان تمرکز خود را بر بررسی محتویات P bodies گذاشتند تا دریابند چه نوع RNAهایی در آنها ذخیره می‌شود. در ادامه، این ساختارها به‌صورت تجربی دستکاری شدند؛ به‌طوری‌که عملکردشان در ذخیره یا رهاسازی RNA مختل یا فعال‌تر شد. سپس بررسی شد که آیا این تغییرات می‌تواند مسیر تمایز سلول‌ها را دگرگون کند یا خیر. علاوه بر این، پژوهشگران نقش میکروRNAها را نیز در این فرآیند مطالعه کردند تا مشخص شود چه عواملی تعیین می‌کنند کدام RNAها وارد P bodies شوند. در نهایت، آزمایش‌هایی برای تبدیل سلول‌های تمایز یافته به سلول‌های زایشی و توتی‌پوتنت با استفاده از این روش انجام شد تا کارایی و پایداری آن بررسی گردد.

نتایج
نتایج این پژوهش تصویری تازه از عملکرد P bodies ارائه داد. برخلاف تصور گذشته، این ساختارها صرفاً محل انباشت مواد زائد نیستند، بلکه انبارهایی منظم از RNAهای خاص به شمار می‌آیند که در زمان مناسب آزاد می‌شوند و مسیر سرنوشت سلولی را تعیین می‌کنند. محققان مشاهده کردند که سلول‌های مختلف، مجموعه‌های متفاوتی از RNAها را درون P bodies خود ذخیره می‌کنند. در صورتی که این RNAها آزاد شوند، می‌توانند برنامه ژنی سلول را تغییر دهند و آن را به مرحله‌ای پیشین از تکوین بازگردانند. هنگامی که عملکرد P bodies در سلول‌های بنیادی به‌طور تجربی مختل شد، سلول‌ها ویژگی‌هایی از خود نشان دادند که به مراحل اولیه رشد شباهت داشت. آن‌ها به حالت انعطاف‌پذیرتری بازگشتند و آماده تمایز به انواع مختلف سلول‌ها شدند. با استفاده از این روش، پژوهشگران توانستند سلول‌هایی بسازند که شباهت زیادی به سلول‌های زایشی اولیه دارند، یعنی همان سلول‌هایی که بعدها به اسپرم یا تخمک تبدیل می‌شوند. همچنین نوعی از سلول‌ها به دست آمد که ویژگی‌های سلول‌های توتی‌پوتنت را داشتند؛ سلول‌هایی که در مراحل ابتدایی رشد جنینی قادر به تبدیل شدن به هر نوع سلول در بدن هستند. این یافته نشان می‌دهد که سرنوشت سلول نه‌فقط با فعال یا غیرفعال شدن ژن‌ها، بلکه با نحوه نگهداری RNAها در درون سلول نیز کنترل می‌شود. در واقع، P bodies همانند مخازن اطلاعاتی عمل می‌کنند که با باز یا بسته شدن آن‌ها، مسیر تکوین سلول تغییر می‌یابد. علاوه بر این، مشخص شد که میکروRNAها نقش مهمی در انتخاب RNAهای ذخیره‌شونده در این ساختارها دارند، به این معنا که می‌توان با تغییر میزان میکروRNAها، نوع RNAهای ذخیره‌شده را تنظیم و در نتیجه، هویت سلولی را تغییر داد.

دستاوردهای پژوهش
این کشف از جنبه‌های گوناگون اهمیت دارد. نخست آن‌که برای نخستین‌بار نشان داده شد می‌توان از طریق کنترل یک ساختار سلولی، نه از طریق مهندسی مستقیم DNA یا پروتئین‌ها، مسیر تمایز سلول را تغییر داد. این روش نسبت به تغییرات ژنتیکی کلاسیک کم‌خطرتر است، زیرا نیازی به ویرایش دائمی ژن‌ها ندارد. دوم آن‌که دسترسی به سلول‌های زایشی و توتی‌پوتنت از راه دستکاری P bodies می‌تواند راهگشای درمان ناباروری، بازسازی اندام‌های آسیب‌دیده و مطالعه مراحل آغازین بیماری‌ها باشد. در آینده، می‌توان از سلول‌های به‌دست‌آمده برای بررسی علل ناباروری، اختلالات جنینی و حتی فرایندهای پیری استفاده کرد. از دیدگاه کاربردی، این پژوهش می‌تواند به تولید سلول‌ها و بافت‌های آزمایشگاهی برای تست داروها نیز کمک کند. به عنوان مثال، می‌توان سلول‌های عصبی گرفته‌شده از یک بیمار مبتلا به پارکینسون را با این روش به حالت اولیه بازگرداند و بررسی کرد که در مراحل آغازین رشد چه خطایی باعث بیماری شده است. چنین روشی می‌تواند در طراحی درمان‌های اختصاصی برای هر فرد مفید باشد.

گام‌های بعدی مطالعه
با وجود پیشرفت چشمگیر، پرسش‌های مهمی همچنان باقی است. هنوز مشخص نیست دقیقاً چه پروتئین‌ها و مسیرهای مولکولی تعیین می‌کنند که کدام RNA وارد P bodies شود و کدام‌یک بیرون بماند. همچنین باید بررسی شود که آیا این فرآیند در تمام انواع سلول‌ها یکسان است یا در سلول‌های خاصی تفاوت دارد. مرحله دیگر پژوهش، آزمودن ایمنی و پایداری سلول‌های بازبرنامه‌ریزی‌شده است، به‌ویژه اگر قرار باشد برای درمان‌های انسانی به کار روند. محققان همچنین در پی بررسی چگونگی ارتباط اختلال در عملکرد P bodies با بیماری‌های عصبی، سرطانی و ناهنجاری‌های رشد هستند. در آینده، امید می‌رود که این یافته‌ها بتوانند پایه‌ای برای توسعه درمان‌های بازساختی مبتنی بر سلول‌های بنیادی فراهم کنند. تصور اینکه روزی بتوان از یک سلول پوستی ساده، سلول‌های توتی‌پوتنت ساخت و از آنها برای ترمیم بافت‌های آسیب‌دیده استفاده کرد، دیگر چندان دور از دسترس به نظر نمی‌رسد. در عین حال، شناخت بهتر این ساختارها می‌تواند به درک عمیق‌تری از چگونگی شکل‌گیری حیات در مراحل نخستین تکوین منجر شود.

پایان مطلب/.