مطالعه جدید: ماهی زبرا و مارمولک‌ها از ژن‌های خوابیده برای بازیابی قدرت شنوایی استفاده می‌کنند
مطالعه‌ای جدید از دانشمندان سلول‌های بنیادی USC فاش کرده است که چگونه برخی از حیوانات، مانند ماهی زبرا و مارمولک‌ها، می‌توانند با فعال‌سازی مجدد تنظیم‌کنندگان ژن‌های خاموش، شنوایی خود را بازسازی کنند.
این کشف، دیدگاه‌های جدیدی را در مورد مکانیزم‌هایی به ما می‌دهد که روزی ممکن است به انسان‌ها برای بهبودی از کم شنوایی و اختلالات تعادل کمک کنند.
به رهبری تو شی، کسنیا گندوا و گیج کرامپ از دانشکده پزشکی کک USC، این پژوهش بر روی دو نوع سلول حیاتی در گوش داخلی متمرکز شده است: سلول‌های حسی که صدا را تشخیص می‌دهند و سلول‌های پشتیبان که پشتیبانی ساختاری و عملکردی فراهم می‌کنند.
بر خلاف انسان‌ها و سایر پستانداران، گونه‌های بازسازی‌کننده می‌توانند سلول‌های پشتیبان خود را به سلول‌های حسی تبدیل کنند تا شنوایی را پس از آسیب بازسازی کنند.
“با مقایسه دو گونه مهره‌دار بازسازی‌کننده—ماهی زبرا و مارمولک‌ها—با مهره‌داران غیربازسازی‌کننده مانند موش‌ها، ما چیزی که بنیادی برای نحوه جایگزینی سلول‌های حسی برای بازسازی شنوایی در برخی مهره‌داران است، یافتیم،” گفت کرامپ.
نقشه‌برداری از طرح ژنتیکی برای بازسازی
تیم تحقیقاتی بررسی کرده است که چگونه ژنوم این حیوانات سازمان‌دهی شده است تا به چنین بازسازی خارق‌العاده‌ای امکان دهد. با مطالعه گوش‌های داخلی ماهی زبرا و مارمولک آنول سبز—که هر دو توانایی بازسازی سلول‌های حسی را دارند—آن‌ها عناصر کنترل DNA به نام “تقویت‌کننده‌ها” را با موش‌ها مقایسه کردند که از این قابلیت بهره نمی‌برند.
تقویت‌کننده‌ها مناطقی از DNA هستند که بیان ژن‌های خاصی را تقویت می‌کنند. در گونه‌های بازسازی‌کننده، برخی تقویت‌کننده‌ها پس از آسیب فعال می‌شوند و تولید پروتئینی به نام ATOH1 را تقویت می‌کنند. این پروتئین شروع به فعال‌سازی ژن‌های لازم برای ایجاد سلول‌های حسی جدید می‌کند.
با استفاده از کریسپر، پژوهشگران پنج تقویت‌کننده کلیدی را در ماهی زبرا حذف کردند. نتیجه یک اختلال قابل توجه در هر دو توسعه سلول‌های حسی در مراحل جنینی و بازسازی آن‌ها پس از آسیب بود.
“در گذشته، حذف تقویت‌کننده‌های فردی عمدتاً تأثیر چندانی نداشته است،” گفت کرامپ. “اما با هدف قرار دادن هر پنج تقویت‌کننده در ماهی زبرا، ما نقش حیاتی آن‌ها را در هر دو توسعه و بازسازی کشف کردیم.”
چرا پستانداران نمی‌توانند شنوایی را بازسازی کنند؟
تیم تحقیقاتی دریافت که موش‌ها هم تقویت‌کننده‌های مشابهی دارند که در طول توسعه جنینی فعال هستند. با این حال، بر خلاف ماهی زبرا و مارمولک‌ها، پستانداران توانایی نگه داشتن این تقویت‌کننده‌ها را در وضعیت “باز” به سن بزرگسالی از دست می‌دهند. این پیکربندی بسته مانع از جایگزینی سلول‌های پشتیبان در گوش داخلی پستانداران با سلول‌های حسی آسیب‌دیده می‌شود و در واقع بازسازی را متوقف می‌کند.
“آنچه که ما یافتیم این است که انواع سلول‌های خواهر در مهره‌داران بازسازی‌کننده تقویت‌کننده‌های باز را از توسعه به مراحل بالغانه نگه می‌دارند، بنابراین اجازه می‌دهند این سلول‌های مرتبط پس از آسیب یکدیگر را جایگزین کنند” گفت کرامپ.
به طور جالب، این مطالعه نشان داد که حذف ژنتیکی بر سلول‌های حسی در گوش داخلی ماهی زبرا تاثیردارد اما تاثیر مشابهی بر خط جانبی آن، یک اندام جداگانه برای شناسایی حرکت آب، ندارد. این ویژگی محلی و دقیق نقش تقویت‌کننده‌ها در سلول‌های مرتبط با شنوایی را برجسته می‌کند.
پیامدها برای درمان کاهش شنوایی
این یافته‌ها مسیر را برای درمان‌های بالقوه به منظور بازسازی شنوایی در انسان‌ها هموار می‌کنند. با استفاده از تکنیک‌های هدفمند برای “باز کردن” این تقویت‌کننده‌ها در ژنوم انسان، دانشمندان می‌توانند بازسازی سلول‌های حسی را در گوش داخلی تحریک کنند.
“در آینده، استراتژی‌های هدفمند برای باز کردن این تقویت‌کننده‌ها در گوش داخلی انسان می‌توانند برای تقویت توانایی‌های بازسازی طبیعی ما و معکوس کردن کری به کار روند،” گفت کرامپ.
این مطالعه به بدنه روبه‌رشد تحقیقات می‌پیوندد که چگونه گونه‌های بازسازی‌کننده می‌توانند الهام‌بخش کشفیات در پزشکی انسان باشند. برای مثال، مطالعات قبلی نشان داده‌اند که چگونه ماهی زبرا می‌تواند بافت قلب را پس از آسیب بازسازی کند و به پیشرفت‌های درمانی قلبی منجر شود.
با درک و استفاده از مکانیزم‌های پشت بازسازی سلول‌های حسی، پژوهشگران هدف دارند تا نه تنها به کاهش شنوایی بلکه به احتمالات نقص‌های حسی دیگر نیز بپردازند.
این مطالعه در Proceedings of the National Academy of Sciences منتشر شده است.
