سلول حیوانی 422 میلیون ساله به دانشمندان در خلق موش کمک می‌کند
پژوهشگران به دستاوردی شگفت‌انگیز دست یافتند: خلق سلول‌های بنیادی موش که توانایی توسعه به یک موش زنده را دارند، با استفاده از مواد ژنتیکی از choanoflagellates، موجودات تک سلولی که قبل از بروز حیوانات وجود داشتند.
این کشف فهم ما از ریشه‌های سلول‌های بنیادی را بازتعریف کرده و نشانگر ارتباطات تکاملی عمیق بین حیوانات و خویشاوندان تک‌سلولی آنها است.
«با موفقیت در خلق یک موش با استفاده از ابزارهای مولکولی مشتق شده از خویشاوندان تک‌سلولی‌مان، شاهد پیوستگی عملکردی فوق‌العاده‌ای در طول نزدیک به یک میلیارد سال تکامل هستیم،» دکتر الکس د مندوزا دانشگاه کوئین ماری گفت.
«این مطالعه نشان می‌دهد که ژن‌های کلیدی در تشکیل سلول‌های بنیادی ممکن است بسیار زودتر از خود سلول‌های بنیادی به وجود آمده باشند، و احتمالا به راه‌اندازی حیات چند سلولی که امروزه می‌بینیم کمک کرده‌اند.»
استفاده از ژن‌های باستانی
به رهبری دکتر د مندوزا و همکاری دانشگاه هنگ کنگ، تیم کشف کرد که choanoflagellates نسخه‌هایی از ژن‌های Sox و POU - که محرک‌های اصلی پارسیالیپوتنسی هستند، یعنی توانایی سلول‌های بنیادی برای تمایز به هر نوع سلول - را داراست.
این ژن‌ها تصور می‌شد تنها در حیوانات تکامل یافته‌اند. اما این تحقیق نشان می‌دهد که آنها مدت‌ها قبل از بروز حیات چند سلولی وجود داشته‌اند و نقشی در فرآیندهای تک‌سلولی داشته‌اند که بعدها برای موجودات پیچیده‌تر دوباره هدف‌گذاری شده‌اند.
کار برنده جایزه نوبل ۲۰۱۲ توسط شینیا یاماناکا نشان داد که برنامه‌ریزی دوباره سلول‌های تمایزیافته به سلول‌های بنیادی نیاز به چهار عامل، شامل Sox2 و Oct4 (یک ژن POU) دارد.
بر همین اساس، پژوهشگران ژن Sox2 در سلول‌های موش را با همتای آن از choanoflagellates جایگزین کردند. این جایگزینی موفقیت‌آمیز بود و سلول‌ها به حالت پارسیالیپوتنت برنامه‌ریزی شدند، تأییدی بر عملکرد این ژن‌های باستانی.
برای آزمایش کارایی آنها، تیم سلول‌های برنامه‌ریزی شده را به رشد جنین‌های موش تزریق کرد. موش‌های کایمریک نتیجه‌ای فیزیکی از هر دو جنین دهنده و سلول‌های بنیادی معرفی‌شده را نشان دادند، مانند تکه‌های موی سیاه و چشم‌های تیره. این ثابت کرد که ژن های مشتق شده از choanoflagellates در توسعه یک حیوان پیچیده بدون مشکل جا افتاده‌اند.
طنین‌های تکاملی در ژنتیک مدرن
Choanoflagellates، که اغلب به عنوان نزدیک‌ترین خویشاوندان زنده حیوانات توصیف می‌شوند، کاملاً فاقد سلول‌های بنیادی هستند. برعکس، نسخه‌های آنها از ژن‌های Sox و POU احتمالاً عملکردهای سلولی اساسی را تنظیم می‌کردند. این نقش‌های قدیمی بعداً توسط ارگانیسم‌های چند سلولی به کار گرفته شدند تا تشکیل سلول‌های بنیادی و تخصصی‌سازی بافت را هدایت کنند، تصویری جذاب از «بازیافت» ژنتیکی که پیچیدگی حیات را شکل داده است.
پژوهش نشان می‌دهد که چگونه تکامل از ابزارهای ژنتیکی موجود استفاده می‌کند و آنها را به رانندگان همه‌کاره نوآوری تبدیل می‌کند. این انطباق‌پذیری تاکید می‌کند که فرآیندهای بنیادی در موجودات تک‌سلولی زیرساخت توسعه اشکال حیاتی پیچیده را پایه گذاشتند.
فراتر از بازنویسی زیست‌شناسی تکاملی، این یافته‌ها می‌توانند پزشکی ترمیمی را دگرگون کنند. درک این که چطور ژن‌های باستانی ظرفیت پارسیالیپوتنتی را ایجاد کرده‌اند، مسیرهای جدیدی برای بهبود درمان‌های سلول بنیادی و تکنیک‌های برنامه‌ریزی سلول فراهم می‌کند.
برای مثال، نسخه‌های مصنوعی از این ژن‌ها می‌توانند عملکرد بیشتری نسبت به ژن‌های حیوانات بومی داشته باشند، باز کردن امکاناتی برای درمان‌های کارآمدتر برای بیماری‌ها یا آسیب‌های بافت.
«مطالعه ریشه‌های باستانی این ابزارهای ژنتیکی به ما امکان می‌دهد با نمایی واضح‌تر از چگونگی تنظیم یا بهینه‌سازی مکانیزم‌های پارسیالیپوتنتی نوآوری کنیم،» گفت دکتر رالف Jauch از دانشگاه هنگ‌کنگ. این می‌تواند به پیشرفت‌هایی در چگونگی مهندسی سلول‌های بنیادی برای کاربردهای پزشکی منجر شود.
این مطالعه در Nature Communications . منتشر شده است.
