उत्परिवर्ती स्टेम सेलहरूले विकासको नियमहरूलाई अवज्ञा गर्दछ

कल्पना गर्नुहोस् कि तपाईं केक पकाउँदै हुनुहुन्छ, तर तपाईंको नुन सकियो। हराइरहेको अवयवको साथ पनि, ब्याटर अझै केक ब्याटर जस्तै देखिन्छ, त्यसैले तपाइँ यसलाई ओभनमा टाँस्नुहोस् र तपाइँको औंलाहरू पार गर्नुहोस्, सामान्य केकको नजिक केहिको साथ समाप्त हुने अपेक्षा गर्दै। यसको सट्टा, तपाईं पूर्ण रूपमा पकाएको स्टेक फेला पार्न एक घण्टा पछि फिर्ता आउनुहुन्छ।

यो एक व्यावहारिक मजाक जस्तो सुनिन्छ, तर यस प्रकारको स्तब्ध पार्ने रूपान्तरण वास्तवमा माउस स्टेम कोशिकाको डिशमा भएको थियो जब ग्लाडस्टोन संस्थानका वैज्ञानिकहरूले केवल एउटा जीन हटाए - हृदयको कोशिका बन्ने स्टेम सेलहरू अचानक मस्तिष्क कोशिकाहरूको पूर्ववर्तीसँग मिल्दोजुल्दो भयो। वैज्ञानिकहरूको मौका अवलोकनले स्टेम सेलहरू कसरी वयस्क कोशिकाहरूमा परिणत हुन्छन् र तिनीहरू परिपक्व हुँदा तिनीहरूको पहिचान कायम राख्छन् भन्ने बारे उनीहरूले के सोचेका थिए भन्ने कुरालाई माथि उठाउँदैछ।

"यसले हृदय वा मस्तिष्क कोशिका बन्ने बाटोमा लागेपछि कोशिकाहरूले कसरी पाठ्यक्रममा रहन्छन् भन्ने आधारभूत अवधारणाहरूलाई चुनौती दिन्छ," बेनोइट ब्रुनाउ, पीएचडी, ग्लाडस्टोन इन्स्टिच्युट अफ कार्डियोभास्कुलर डिजिजका निर्देशक र नयाँ अध्ययनका वरिष्ठ लेखक भन्छन्। प्रकृति।

पछाडि फर्कने छैन

भ्रूण स्टेम कोशिकाहरू pluripotent हुन्छन् - तिनीहरूसँग पूर्ण रूपमा बनेको वयस्क शरीरमा प्रत्येक प्रकारको कोशिकामा भिन्नता, वा रूपान्तरण गर्ने क्षमता हुन्छ। तर स्टेम सेलहरूले वयस्क कोशिकाका प्रकारहरूलाई जन्म दिन धेरै कदम चाल्छ। हृदयको कोशिका बन्ने बाटोमा, उदाहरणका लागि, भ्रूण स्टेम कोशिकाहरू पहिले मेसोडर्ममा भिन्न हुन्छन्, जुन प्रारम्भिक भ्रूणहरूमा पाइने तीन आदिम तन्तुहरू मध्ये एक हो। अर्को बाटोमा, मेसोडर्म कोशिकाहरू हड्डीहरू, मांसपेशीहरू, रक्त नलीहरू, र मुटुका कोशिकाहरू पिट्नका लागि शाखाहरू बन्दछन्।

यो सामान्यतया राम्रोसँग स्वीकार गरिएको छ कि एक पटक सेलले यी मार्गहरू मध्ये कुनै एकलाई फरक पार्न थालेपछि, यो फरक भाग्य रोज्नको लागि घुमाउन सक्दैन।

"कोषको भाग्यको बारेमा कुरा गर्ने हरेक वैज्ञानिकले वाडिङ्टन परिदृश्यको तस्विर प्रयोग गर्छन्, जुन विभिन्न स्की ढलानहरू ठाडो, छुट्टिएका उपत्यकाहरूमा झरेको स्की रिसोर्ट जस्तो देखिन्छ," ब्रुनाउ भन्छन्, जो विलियम एच. यङ्गर चेयर पनि हुन्। ग्लेडस्टोनमा कार्डियोभास्कुलर रिसर्चमा र UC सान फ्रान्सिस्को (UCSF) मा बाल रोगको प्रोफेसर। "यदि एउटा सेल गहिरो उपत्यकामा छ भने, त्यसलाई पूर्णतया फरक उपत्यकामा हाम फाल्ने कुनै उपाय छैन।"

एक दशक पहिले, ग्लाडस्टोन वरिष्ठ अन्वेषक शिन्या यामानाका, एमडी, पीएचडीले पत्ता लगाए कि कसरी पूर्ण रूपमा भिन्न वयस्क कोशिकाहरूलाई प्रेरित प्लुरिपोटेन्ट स्टेम सेलहरूमा पुन: प्रोग्राम गर्ने। जबकि यसले सेलहरूलाई उपत्यकाहरू बीच हाम फाल्ने क्षमता प्रदान गर्दैन, यसले भिन्नता परिदृश्यको शीर्षमा स्की लिफ्टको रूपमा काम गर्‍यो।

त्यसबेलादेखि, अन्य अन्वेषकहरूले पत्ता लगाएका छन् कि सही रासायनिक संकेतहरूको साथ, केही कोशिकाहरूलाई "प्रत्यक्ष पुन: प्रोग्रामिङ" भनिने प्रक्रिया मार्फत नजिकको सम्बन्धित प्रकारहरूमा रूपान्तरण गर्न सकिन्छ - जस्तै छिमेकी स्की ट्रेलहरू बीचको जंगलबाट सर्टकट। तर यी मध्ये कुनै पनि अवस्थामा कोशिकाहरूले तीव्र रूपमा भिन्न भिन्नता मार्गहरू बीच सहज रूपमा उफ्रन सक्दैनन्। विशेष गरी, मेसोडर्म कोशिकाहरू मस्तिष्क कोशिकाहरू वा आन्द्रा कोशिकाहरू जस्ता टाढाका प्रकारहरूको अग्रदूत बन्न सकेनन्।

तैपनि, नयाँ अध्ययनमा, ब्रुनाउ र उनका सहकर्मीहरूले देखाउँछन् कि, तिनीहरूको अचम्मको लागि, हृदय कोशिका पूर्ववर्तीहरूले वास्तवमा सीधा मस्तिष्क कोशिका पूर्ववर्तीहरूमा रूपान्तरण गर्न सक्छन् - यदि ब्रह्मा भनिने प्रोटीन हराइरहेको छ।

एक आश्चर्यजनक अवलोकन

अन्वेषकहरूले हृदयको कोशिकाहरूको भिन्नतामा ब्रह्मा प्रोटीनको भूमिकाको अध्ययन गरिरहेका थिए, किनभने उनीहरूले २०१९ मा पत्ता लगाए कि यसले मुटुको निर्माणसँग सम्बन्धित अन्य अणुहरूसँग मिलेर काम गर्छ।

माउसको भ्रूण स्टेम सेलहरूको डिशमा, तिनीहरूले जीन ब्रम् (प्रोटिन ब्रह्मा उत्पादन गर्ने एक) लाई बन्द गर्न CRISPR जीनोम-सम्पादन गर्ने दृष्टिकोणहरू प्रयोग गरे। र तिनीहरूले याद गरे कि कोशिकाहरू अब सामान्य हृदय कोशिका पूर्ववर्तीहरूमा भिन्न थिएनन्।

"10 दिनको भिन्नता पछि, सामान्य कोशिकाहरू लयबद्ध रूपमा पिटिरहेका छन्; तिनीहरू स्पष्ट रूपमा हृदय कोशिकाहरू हुन्," अध्ययनका पहिलो लेखक र ब्रुनाउ ल्याबका कर्मचारी वैज्ञानिक स्वेतान्सु होटा, पीएचडी भन्छन्। "तर ब्रह्मा बिना, त्यहाँ अक्रिय कोशिकाहरू मात्र थिए। पिटाइ पटक्कै छैन।"

थप विश्लेषण पछि, ब्रुनाउको टोलीले कोशिकाहरू पिट्न नसक्नुको कारण थाहा पाए किनभने ब्रह्मा हटाउनाले हृदयको कोषका लागि आवश्यक जीनहरू मात्र बन्द गरेन, तर मस्तिष्कका कोशिकाहरूमा आवश्यक जीनहरू पनि सक्रिय भयो। मुटुको पूर्ववर्ती कोशिकाहरू अब मस्तिष्क पूर्ववर्ती कोशिकाहरू थिए।

त्यसपछि अन्वेषकहरूले भिन्नताको प्रत्येक चरणलाई पछ्याए, र अप्रत्याशित रूपमा पत्ता लगाए कि यी कोशिकाहरू कहिल्यै pluripotent अवस्थामा फर्किएनन्। यसको सट्टा, कोशिकाहरूले स्टेम सेल मार्गहरू बीचमा पहिले देखेको भन्दा धेरै ठूलो छलांग लिए।

"हामीले के देख्यौं कि Waddington परिदृश्य को एक उपत्यका मा एक सेल, सही अवस्था संग, शिखर मा फिर्ता लिफ्ट नलिई अर्को उपत्यका मा हाम फाल्न सक्छ," Bruneau भन्छन्।

रोग को लागी पाठ

ल्याब डिश र पूरै भ्रूणमा कोशिकाहरूको वातावरण एकदम फरक हुँदा, शोधकर्ताहरूको अवलोकनले कोशिकाको स्वास्थ्य र रोगको बारेमा पाठ राख्छ। जीन Brm मा उत्परिवर्तन जन्मजात हृदय रोग र मस्तिष्क कार्य समावेश सिन्ड्रोम संग सम्बन्धित छ। जीन धेरै क्यान्सरहरूमा पनि संलग्न छ।

"यदि ब्रह्मा हटाउनाले मेसोडर्म कोशिकाहरू (हृदयकोषका पूर्ववर्तीहरू) लाई डिशमा एक्टोडर्म कोशिकाहरू (जस्तै मस्तिष्क कोशिका पूर्ववर्तीहरू) मा परिणत गर्न सक्छ भने, हुनसक्छ Brm जीनमा उत्परिवर्तनले केही क्यान्सर कोशिकाहरूलाई उनीहरूको आनुवंशिक कार्यक्रमलाई व्यापक रूपमा परिवर्तन गर्ने क्षमता दिन्छ।" ब्रुनाउ भन्छन्।

आधारभूत अनुसन्धान स्तरमा पनि निष्कर्षहरू महत्त्वपूर्ण छन्, उनी थप्छन्, किनकि उनीहरूले हृदयघात जस्ता रोग सेटिङहरूमा कोशिकाहरूले कसरी आफ्नो चरित्र परिवर्तन गर्न सक्छन्, र उदाहरणका लागि नयाँ हृदय कोशिकाहरू उत्प्रेरित गरेर पुनरुत्थानात्मक उपचारहरू विकास गर्न सक्छन् भनेर प्रकाश पार्न सक्छन्।

"हाम्रो अध्ययनले हामीलाई यो पनि बताउँछ कि भिन्नता मार्गहरू हामीले सोचेको भन्दा धेरै जटिल र कमजोर छन्," ब्रुनाउ भन्छन्। "भिन्नताका मार्गहरूको राम्रो ज्ञानले हामीलाई जन्मजात हृदय-र अन्य-दोषहरू बुझ्न मद्दत गर्न सक्छ, जुन आंशिक रूपमा दोषपूर्ण भिन्नताबाट उत्पन्न हुन्छ।"