یافته ها می تواند به رویکردی هدفمند برای درمان پیری با روش معکوس کردن پیری منجر شود. تحقیقات موسسه بابراهام روشی را برای «پرش زمان» سلولهای پوست انسان به مدت 30 سال ابداع کرده است که بدون از دست دادن عملکرد تخصصی، ساعت پیری سلول‌ها را به عقب برمی‌گرداند.
کار محققان در برنامه تحقیقاتی اپی ژنتیک مؤسسه توانسته است تا حدودی عملکرد سلول های مسن تر را بازیابی کند و همچنین اقدامات مولکولی سن بیولوژیکی را جوان کند. این تحقیق (7 آوریل 2022) در مجله eLife منتشر شده است و در حالی که در مراحل اولیه اکتشاف است، می تواند پزشکی احیا کننده را متحول کند.
طب احیا کننده چیست؟
با افزایش سن، توانایی سلول های ما برای عملکرد کاهش می یابد و ژنوم علائم پیری را جمع می کند. هدف بیولوژی احیا کننده ترمیم یا جایگزینی سلول ها از جمله سلول های قدیمی است. یکی از مهمترین ابزارها در زیست شناسی بازسازی، توانایی ما برای ایجاد سلول های بنیادی «القایی» است. این فرآیند نتیجه چندین مرحله است که هر کدام برخی از علائمی را که سلول ها را تخصصی می کند پاک می کند. در تئوری، این سلول های بنیادی پتانسیل تبدیل شدن به هر نوع سلولی را دارند، اما دانشمندان هنوز قادر به ایجاد مجدد شرایط قابل اعتماد برای تمایز مجدد سلول های بنیادی به همه انواع سلولی نیستند.
فیبروبلاست جوان در تصویر اول، این دو بعد از 10 روز، در سمت راست با درمان، دو فیبروبلاست آخر پس از 13 روز، درست با درمان هستند. رنگ قرمز تولید کلاژن را نشان می دهد که بازسازی شده است. اعتبار: فاتیما سانتوس، موسسه بابراهام
روش جدید، بر اساس تکنیک برنده جایزه نوبل که دانشمندان برای ساخت سلولهای بنیادی استفاده می‌کنند، با متوقف کردن برنامه‌ریزی مجدد بخشی از این فرآیند، بر مشکل پاک کردن کامل هویت سلولی غلبه می‌کند(معکوس کردن پیری). این به محققان اجازه داد تا تعادل دقیق بین برنامه‌ریزی مجدد سلول‌ها را بیابند و از نظر بیولوژیکی جوانتر شوند و در عین حال بتوانند عملکرد سلولی تخصصی خود را بازیابند.
در سال 2007، شینیا یاماناکا اولین دانشمندی بود که سلول های طبیعی را که عملکرد خاصی دارند، به سلول های بنیادی تبدیل کرد که توانایی ویژه ای برای تبدیل شدن به هر نوع سلولی دارند. فرآیند کامل برنامه ریزی مجدد سلول های بنیادی با استفاده از چهار مولکول کلیدی به نام فاکتورهای یاماناکا حدود 50 روز طول می کشد. روش جدید که «برنامه‌ریزی مجدد گذرا مرحله بلوغ» نام دارد، سلول‌ها را تنها به مدت 13 روز در معرض عوامل یاماناکا قرار می‌دهد. در این مرحله، تغییرات مربوط به سن حذف شده و سلول ها به طور موقت هویت خود را از دست داده اند. به سلولهای نیمه برنامه‌ریزی‌شده زمان داده شد تا در شرایط عادی رشد کنند تا ببینند آیا عملکرد سلولهای پوستی خاص آنها بازگشته است یا خیر. تجزیه و تحلیل ژنوم نشان داد که سلول‌ها نشانگرهای مشخصه سلولهای پوست (فیبروبلاست‌ها) را دوباره به دست آورده‌اند و این با مشاهده تولید کلاژن در سلولهای برنامه‌ریزی‌شده مجدد تأیید شد.
سن فقط یک عدد نیست
برای نشان دادن اینکه سلول ها جوان شده اند، محققان به دنبال تغییراتی در علائم بارز پیری بودند. همانطور که دکتر دیلجیت گیل، یک فوق دکترا در آزمایشگاه Wolf Reik در مؤسسه که این کار را به عنوان یک دانشجوی دکترا انجام داد، توضیح داد:
درک ما از پیری در سطح مولکولی در دهه گذشته پیشرفت کرده است و تکنیک‌هایی را به وجود آورده است که به محققان اجازه می‌دهد تا اندازه گیری تغییرات بیولوژیکی مرتبط با سن در سلول های انسانی ما توانستیم این را (معکوس کردن پیری) در آزمایش خود اعمال کنیم تا میزان برنامه‌ریزی مجدد روش جدیدمان را مشخص کنیم.
محققان چندین معیار سن سلولی را بررسی کردند. اولین مورد، ساعت اپی ژنتیک است، جایی که برچسب های شیمیایی موجود در سرتاسر ژنوم سن را نشان می دهد. دومی رونوشت است، تمام بازخوانی های ژنی که توسط سلول تولید می شود. با این دو معیار، سلولهای برنامه‌ریزی‌شده مجدد با مشخصات سلول‌هایی که 30 سال جوانتر از مجموعه داده‌های مرجع بودند مطابقت داشتند.
کاربردهای بالقوه این تکنیک به این بستگی دارد که سلول ها نه تنها جوان تر به نظر می رسند، بلکه مانند سلول های جوان نیز عمل می کنند. فیبروبلاست‌ها کلاژن تولید می‌کنند، مولکولی که در استخوان‌ها، تاندون‌های پوست و رباط‌ها یافت می‌شود و به ایجاد ساختار بافت‌ها و بهبود زخم‌ها کمک می‌کند. فیبروبلاست‌های جوان‌شده پروتئین‌های کلاژن بیشتری در مقایسه با سلولهای کنترلی تولید کردند که تحت فرآیند برنامه‌ریزی مجدد قرار نگرفتند. فیبروبلاست ها نیز به مناطقی می روند که نیاز به ترمیم دارند. محققان با ایجاد برش مصنوعی در لایه‌ای از سلول‌ها در یک ظرف، سلولهای نیمه جوان‌شده را آزمایش کردند. آنها دریافتند که فیبروبلاست های درمان شده آنها سریعتر از سلول های مسن تر به داخل شکاف حرکت می کنند. این یک نشانه امیدوارکننده است که روزی می‌توان از این تحقیق (معکوس کردن پیری) برای ایجاد سلول‌هایی استفاده کرد که در بهبود زخم‌ها بهتر عمل کنند.
در آینده، این تحقیق ممکن است راه ایجاد امکانات درمانی دیگری را نیز باز کند. محققان مشاهده کردند که روش آنها بر سایر ژن های مرتبط با بیماری ها و علائم مرتبط با افزایش سن نیز تأثیر دارد. ژن APBA2 مرتبط با بیماری آلزایمر و ژن MAF با نقشی در ایجاد آب مروارید، هر دو تغییراتی را به سمت سطوح رونویسی جوانی نشان دادند.
مکانیسم پشت برنامه ریزی مجدد گذرا موفقیت آمیز هنوز به طور کامل شناخته نشده است، و قطعه بعدی از پازل برای کشف است. محققان حدس می‌زنند که بخش‌های کلیدی ژنوم که در شکل‌دهی هویت سلولی نقش دارند، ممکن است از فرآیند برنامه‌ریزی مجدد فرار کنند.
نتایج ما نشان دهنده یک گام بزرگ به جلو در درک ما از برنامه ریزی مجدد سلولی است. ما ثابت کرده‌ایم که سلول‌ها را می‌توان بدون از دست دادن عملکردشان جوانسازی کرد و به نظر می‌رسد که جوانسازی برخی از عملکردها را به سلولهای قدیمی بازگرداند. این واقعیت که ما همچنین شاهد معکوس شدن شاخص های پیری در ژن های مرتبط با بیماری ها بودیم، به ویژه برای آینده این کار امیدوار کننده است.
پروفسور Wolf Reik، یکی از رهبران گروه در برنامه تحقیقاتی Epigenetics که اخیراً به رهبری مؤسسه Altos Labs Cambridge نقل مکان کرده است، گفت:
این کار پیامدهای بسیار هیجان انگیزی دارد. در نهایت، ممکن است بتوانیم ژن‌هایی را شناسایی کنیم که بدون برنامه‌ریزی مجدد، جوانسازی می‌شوند و به طور خاص آنها را برای کاهش اثرات پیری هدف قرار دهیم. این رویکرد نویدبخش اکتشافات ارزشمندی است که می تواند افق درمانی شگفت انگیزی را باز کند.
مرجع: “جوانسازی چند امیکی سلولهای انسانی با برنامه ریزی مجدد گذرا مرحله بلوغ” 7 آوریل 2022، eLife.
DOI: 10.7554/eLife.71624
