Seli Mutant Shina Hukaidi Kanuni za Maendeleo

Fikiria kuwa unapika keki, lakini umeishiwa na chumvi. Hata kwa kiungo kilichokosekana, unga bado unaonekana kama unga wa keki, kwa hivyo unaiweka kwenye oveni na kuvuka vidole vyako, ukitarajia kuishia na kitu karibu na keki ya kawaida. Badala yake, unarudi saa moja baadaye ili kupata nyama iliyopikwa kikamilifu.

Inaonekana kama mzaha wa vitendo, lakini aina hii ya mageuzi ya kushtua ndiyo hasa yaliyotokea kwa sahani ya seli za shina za panya wakati wanasayansi katika Taasisi za Gladstone waliondoa jeni moja tu—seli shina zilizokusudiwa kuwa chembe za moyo ghafla zilifanana na vitangulizi vya seli za ubongo. Uchunguzi wa nafasi za wanasayansi unaongeza kile walichofikiri wanajua kuhusu jinsi seli shina hubadilika kuwa seli za watu wazima na kudumisha utambulisho wao wanapokomaa.

"Hii ina changamoto kwa dhana za kimsingi kuhusu jinsi seli hukaa kwenye mkondo mara tu zinapoanza njia yao ya kuwa seli za moyo au ubongo," anasema Benoit Bruneau, PhD, mkurugenzi wa Taasisi ya Gladstone ya Magonjwa ya Moyo na Mishipa na mwandishi mkuu wa utafiti mpya uliochapishwa. Asili.

Hakuna kurudi nyuma

Seli shina za kiinitete ni nyingi-zina uwezo wa kutofautisha, au kubadilisha, kuwa kila aina ya seli katika mwili wa watu wazima uliokamilika kikamilifu. Lakini inachukua hatua nyingi kwa seli shina kutoa aina za seli za watu wazima. Katika njia yao ya kuwa seli za moyo, kwa mfano, seli shina za kiinitete kwanza hutofautiana katika mesoderm, mojawapo ya tishu tatu za awali zinazopatikana katika kiinitete cha mwanzo. Zaidi chini ya njia, seli za mesoderm hujitenga na kutengeneza mifupa, misuli, mishipa ya damu, na seli za moyo zinazopiga.

Inakubalika kwa ujumla kuwa kisanduku kikishaanza kutofautisha mojawapo ya njia hizi, haiwezi kugeuka ili kuchagua hatima tofauti.

"Kwa kiasi kikubwa kila mwanasayansi anayezungumzia hatima ya seli hutumia picha ya mandhari ya Waddington, ambayo inaonekana sana kama sehemu ya mapumziko ya kuteleza yenye miteremko tofauti inayoshuka kwenye mabonde yenye mwinuko, yaliyotenganishwa," anasema Bruneau, ambaye pia ni Mwenyekiti wa William H. Mdogo. katika Utafiti wa Mishipa ya Moyo huko Gladstone na profesa wa magonjwa ya watoto katika UC San Francisco (UCSF). "Ikiwa seli iko kwenye bonde lenye kina kirefu, hakuna njia ya kuruka hadi kwenye bonde tofauti kabisa."

Muongo mmoja uliopita, Mpelelezi Mkuu wa Gladstone, Shinya Yamanaka, MD, PhD, aligundua jinsi ya kupanga upya seli za watu wazima zilizotofautishwa kuwa seli za shina za pluripotent. Ingawa hii haikuzipa seli uwezo wa kuruka kati ya mabonde, ilifanya kazi kama kuinua theluji hadi juu ya mandhari ya upambanuzi.

Tangu wakati huo, watafiti wengine wamegundua kuwa kwa viashiria sahihi vya kemikali, seli zingine zinaweza kubadilishwa kuwa aina zinazohusiana kwa karibu kupitia mchakato unaoitwa "kupanga upya moja kwa moja" - kama njia ya mkato kupitia msitu kati ya njia za jirani za ski. Lakini katika visa hivi hakuna seli zinaweza kuruka kati ya njia tofauti tofauti. Hasa, seli za mesoderm hazingeweza kuwa watangulizi wa aina za mbali kama vile seli za ubongo au seli za utumbo.

Hata hivyo, katika utafiti huo mpya, Bruneau na wenzake wanaonyesha kwamba, kwa mshangao wao, vianzilishi vya chembe za moyo vinaweza kweli kubadilika moja kwa moja kuwa vitangulizi vya seli za ubongo—ikiwa protini inayoitwa Brahma haipo.

Uchunguzi wa Kushangaza

Watafiti walikuwa wakisoma jukumu la protini Brahma katika utofautishaji wa seli za moyo, kwa sababu waligundua mnamo 2019 kwamba inafanya kazi pamoja na molekuli zingine zinazohusiana na malezi ya moyo.

Katika sahani ya seli shina za kiinitete cha panya, walitumia mbinu za uhariri wa jenomu za CRISPR ili kuzima jeni Brm (ile inayozalisha protini Brahma). Na waliona kwamba seli hazikuwa tofauti tena katika vitangulizi vya kawaida vya seli za moyo.

"Baada ya siku 10 za kutofautisha, seli za kawaida zinapiga kwa sauti; ni seli za moyo wazi,” anasema Swetansu Hota, PhD, mwandishi wa kwanza wa utafiti huo na mwanasayansi mfanyakazi katika Maabara ya Bruneau. "Lakini bila Brahma, kulikuwa na seli nyingi tu za ajizi. Hakuna kupigwa kabisa."

Baada ya uchanganuzi zaidi, timu ya Bruneau iligundua sababu ambayo seli hazikupiga ni kwa sababu kuondoa Brahma hakuzima tu jeni zinazohitajika kwa seli za moyo, lakini pia jeni zilizoamilishwa zinazohitajika katika seli za ubongo. Seli za mtangulizi wa moyo sasa zilikuwa seli za mtangulizi wa ubongo.

Watafiti kisha walifuata kila hatua ya upambanuzi, na bila kutarajia waligundua kuwa seli hizi hazikuwahi kurudi katika hali ya wingi. Badala yake, seli zilichukua hatua kubwa zaidi kati ya njia za seli za shina kuliko ilivyowahi kuonekana hapo awali.

"Tulichoona ni kwamba seli katika bonde moja la mandhari ya Waddington, yenye hali zinazofaa, inaweza kuruka ndani ya bonde tofauti bila kwanza kuchukua lifti kurudi kwenye kilele," asema Bruneau.

Mafunzo kwa Ugonjwa

Ingawa mazingira ya seli kwenye bakuli la maabara na katika kiinitete kizima ni tofauti kabisa, uchunguzi wa watafiti una mafunzo kuhusu afya ya seli na magonjwa. Mabadiliko katika jeni Brm yamehusishwa na ugonjwa wa moyo wa kuzaliwa na sindromu zinazohusisha utendakazi wa ubongo. Jeni pia inahusika katika saratani kadhaa.

"Ikiwa kuondoa Brahma kunaweza kugeuza seli za mesoderm (kama vitangulizi vya seli ya moyo) kuwa seli za ectoderm (kama vitangulizi vya seli za ubongo) kwenye sahani, basi labda mabadiliko katika jeni Brm ndio hupa seli zingine za saratani uwezo wa kubadilisha sana mpango wao wa kijeni," Anasema Bruneau.

Matokeo hayo pia ni muhimu katika kiwango cha msingi cha utafiti, anaongeza, kwani yanaweza kutoa mwanga juu ya jinsi seli zinaweza kubadilisha tabia zao katika mipangilio ya magonjwa, kama vile kushindwa kwa moyo, na kwa kuendeleza matibabu ya kurejesha, kwa kushawishi seli mpya za moyo kwa mfano.

"Utafiti wetu pia unatuambia kuwa njia za utofautishaji ni ngumu zaidi na dhaifu kuliko vile tulivyofikiria," anasema Bruneau. "Ujuzi bora wa njia za utofautishaji unaweza pia kutusaidia kuelewa moyo wa kuzaliwa - na kasoro zingine, ambazo huibuka kwa sehemu kupitia utofautishaji wenye kasoro."