پیشرفت بزرگ در مطالعه تکامل انسانی: نقش نوتوکورد و سیگنالینگ در کشت سلول‌های بنیادی
محققان با ایجاد یک نوتوکورد کشت شده در آزمایشگاه، که یک جزء ساختاری کلیدی در مهره‌داران است، پیشرفتی بزرگ در مطالعه توسعه اولیه انسان به دست آورده‌اند.
این مدل، بر اساس یک توالی دقیق از سیگنال‌های شیمیایی، مراحل اولیه تنه انسان را با سلول‌های بنیادی عصبی و استخوان تقلید می‌کند. این پیشرفت می‌تواند به بینش‌های جدیدی در مورد نقایص مادرزادی ستون فقرات و شرایط دیسک‌های بین مهره‌ای منجر شود، که یک عصر جدید برای مطالعه اختلالات توسعه‌ای انسان را نشان می‌دهد.
پیشرفتی در تحقیقات توسعه انسانی
نوتوکورد، یک بافت به شکل میله، به عنوان یک راهنمای ساختاری حیاتی در بدن در حال توسعه عمل می‌کند. این ویژگی متمایز همه مهره‌داران است و نقش کلیدی در سازماندهی بافت‌ها در طول رشد جنین ایفا می‌کند.
به دلیل پیچیدگی آن، نوتوکورد در مدل‌های کشت‌شده قبلی از توسعه تنه انسان به طور قابل توجهی غایب بوده است، که این پیشرفت را برای پیشرفت زیست‌شناسی توسعه‌ای بسیار مهم می‌سازد.
رمزگشایی تشکیل نوتوکورد
در این تحقیق، دانشمندان ابتدا جنین‌های مرغ را تحلیل کردند تا دقیقاً بفهمند نوتوکورد چگونه به طور طبیعی تشکیل می‌شود. با مقایسه این اطلاعات با اطلاعات منتشر شده موجود از جنین‌های موش و میمون، آن‌ها زمانبندی و توالی سیگنال‌های مولکولی مورد نیاز برای ایجاد بافت نوتوکورد را تعیین کردند.با این نقشه، آن‌ها یک توالی دقیق از سیگنال‌های شیمیایی تولید کردند و از این سیگنال‌ها برای تحریک سلول‌های بنیادی انسانی به تشکیل نوتوکورد استفاده کردند.
پیشرفت‌ها در مدل‌های تنه انسانی کشت‌شده در آزمایشگاه
سلول‌های بنیادی یک ساختار کوچک شبیه به تنه ایجاد کردند که به طور خود به خودی به طول 1-2 میلیمتر دراز شد. این ساختار شامل بافت عصبی در حال توسعه و سلول‌های بنیادی استخوانی بود که به صورت الگویی که توسعه در جنین‌های انسانی را بازتاب می‌داد، قرار گرفته بودند. این نشان می‌دهد که نوتوکورد سلول‌ها را تشویق می‌کرد تا در زمان و مکان مناسب به نوع بافت درست تبدیل شوند.
دانشمندان معتقدند این کار می‌تواند به مطالعه نقایص مادرزادی که ستون فقرات و نخاع را تحت تأثیر قرار می‌دهند کمک کند. همچنین می‌تواند به درک شرایط دیسک‌های بین مهره‌ای کمک کند. این دیسک‌ها هنگامی که با افزایش سن تحلیل می‌روند می‌توانند باعث درد کمر شوند.
پیامدها برای درک توسعه انسان
طبق گفته محققان، نوتوکورد مانند یک GPS برای جنین در حال توسعه عمل می‌کند، به ایجاد محور اصلی بدن کمک می‌کند و تشکیل ستون فقرات و سیستم عصبی را هدایت می‌کند. تاکنون ایجاد این بافت حیاتی در آزمایشگاه دشوار بوده است و توانایی دانشمندان را برای مطالعه توسعه انسان و اختلالات محدود کرده است. حالا که مدلی ایجاد شده است که کار می‌کند، این درها را برای مطالعه شرایطی که از آن‌ها اطلاعی نبوده است، باز می کند.
مسیرهای سیگنالینگ موثر
تشکیل نوتوکورد در مدل‌های آزمایشگاهی بر اساس یک توالی دقیق از سیگنال‌های شیمیایی انجام می‌شود. در این فرآیند، نقش هر یک از سیگنال‌ها به شرح زیر است:
- غیرفعال‌سازی YAP
پروتئین YAP به رشد و بقای سلول‌ها کمک می‌کند. زمانی که YAP غیرفعال می‌شود، تغییراتی در مسیرهای سیگنالینگ سلولی رخ می‌دهد که آماده‌سازی سلول‌ها برای دریافت سیگنال‌های بعدی را تسهیل می‌کند.
- سیگنال‌دهی FGF-Mediated MAPK
این سیگنال‌دهی نقش کلیدی در تنظیم رشد و تمایز سلولی دارد. FGF و MAPK با هم کار می‌کنند تا مسیر WNT را فعال کنند. فعال‌سازی این مسیر برای فرآیند تمایز سلول‌های بنیادی به نوتوکورد ضروری است.
- فعال‌سازی مسیر WNT
مسیر WNT یکی از مسیرهای مهم در توسعه سلولی است. فعال‌سازی این مسیر به تولید ژن TBXT (BRA) منجر می‌شود که برای تشکیل نوتوکورد ضروری است.
- مهار به موقع سیگنال‌دهی NODAL و BMP
این سیگنال‌ها به تنظیم تمایز و رشد سلولی کمک می‌کنند. برای ایجاد یک نوتوکورد دقیق و منظم، باید این سیگنال‌ها به موقع مهار شوند. تنظیم مناسب این سیگنال‌ها به تنظیم نسبت‌های انواع مختلف بافت‌ها از جمله سلول‌های نوتوکوردال کمک می‌کند.
این فرآیند سیگنالینگ به ترتیب و با زمانبندی خاصی انجام می‌شود تا سلول‌های بنیادی به درستی به نوتوکورد تمایز پیدا کنند و ساختارهای طولانی با نوتوکورد و بافت‌های عصبی و مزودرمال شکمی تولید کنند.
DOI: 10.1038/s41586-024-08332-w
IF: 50.5 / Q1
گردآورنده: خانم منا ابن التراب
دیدگاهتان را بنویسید