يرسم باحثو سالك علم الوراثة اللاجينية للخلايا الجذعية التي تحاكي التطور البشري المبكر

يرسم باحثو سالك علم الوراثة اللاجينية للخلايا الجذعية التي تحاكي التطور البشري المبكر

ستساعد الدراسة التعاونية في التغلب على العقبات التي تحول دون استخدام الخلايا الجذعية في علاج الأمراض والإصابات

لا جولا ، كاليفورنيا — لطالما عرف العلماء أن آليات التحكم المعروفة مجتمعة باسم "الوراثة اللاجينية" تلعب دورًا حاسمًا في التطور البشري ، لكنهم لم يعرفوا بالضبط كيف تساهم التغييرات في هذه الطبقة الإضافية من التعليمات البيوكيميائية في الحمض النووي في التطور.

الآن ، في أول تحليل شامل للتغيرات اللاجينية التي تحدث أثناء التطور ، اكتشفت مجموعة متعددة المؤسسات من العلماء ، بما في ذلك العديد من معهد Salk للدراسات البيولوجية ، كيف تؤثر التعديلات في العلامات اللاجينية الرئيسية على الخلايا الجذعية الجنينية البشرية لأنها تتمايز إلى الخلايا المتخصصة في الجسم. تم نشر النتائج في 9 مايو 2013 في الموبايل .

يقول المؤلف الرئيسي المشارك: "تساعدنا النتائج التي توصلنا إليها على فهم العمليات التي تحدث أثناء التطور البشري المبكر وتمايز الخلية الجذعية إلى خلايا متخصصة ، والتي تشكل في النهاية أنسجة في الجسم" جوزيف ر. إيكر، وهو أستاذ ومدير Salk's معمل البيولوجيا الجزيئية والخلوية النباتية وشغل منصب رئيس مجلس Salk International في علم الوراثة.

جوزيف ر. إيكر
معمل البيولوجيا الجزيئية والخلوية النباتية
معهد هوارد هيوز الطبي ومحقق مؤسسة جوردون وبيتي مور
رئيس مجلس سالك الدولي في علم الوراثة

الصور: بإذن من معهد سالك للدراسات البيولوجية

لقد أثبت العلماء أن برنامج التعبير الجيني المشفر في الحمض النووي يتم تنفيذه بواسطة بروتينات ترتبط بالجينات المنظمة وتعديل التعبير الجيني استجابة للإشارات البيئية. تظهر الأدلة المتزايدة الآن أن الحفاظ على هذه العملية يعتمد على العلامات اللاجينية مثل مثيلة الحمض النووي وتعديلات الكروماتين ، والعمليات الكيميائية الحيوية التي تغير التعبير الجيني عندما تنقسم الخلايا وتتمايز عن الخلايا الجذعية الجنينية إلى أنسجة معينة. تتحكم التعديلات اللاجينية ـ المعروفة مجتمعة باسم الإبيجينوم ـ في تحديد الجينات التي يتم تشغيلها أو إيقاف تشغيلها دون تغيير أحرف أبجدية الحمض النووي (ATCG) ، مما يوفر للخلايا أداة إضافية لضبط كيفية تحكم الجينات في الآلية الخلوية.

في دراستهم ، قام باحثو Salk والمتعاونون معهم من العديد من المؤسسات البحثية البارزة في جميع أنحاء الولايات المتحدة بفحص الحالة الأولى للخلايا ، قبل وبعد تطورها إلى أنواع خلايا معينة. بدءًا من نوع خلية واحدة - الخلية الجذعية الجنينية البشرية H1 ، وهي أكثر خطوط الخلايا الجذعية التي تمت دراستها على نطاق واسع حتى الآن - اتبع الفريق إبيجينوم الخلايا من التطور إلى حالات خلوية مختلفة ، بحثًا في ديناميكيات التغييرات على العلامات اللاجينية من حالة واحدة إلى آخر. هل تمت ميثيلتها ، وهي عملية أساسية للتطور الطبيعي ، أم غير ميثلة؟ ماذا حدث للخلايا أثناء التطور؟ ما هي العمليات التنظيمية التي حدثت في سلالة الخلية؟

وجد العلماء أقسامًا من الحمض النووي تنشط الجينات التنظيمية ، والتي بدورها تتحكم في نشاط الجينات الأخرى ، تميل إلى امتلاك كميات مختلفة من أحرف أبجدية الحمض النووي ، "C" و "G" على وجه التحديد ، اعتمادًا على الوقت الذي تكون فيه هذه الجينات التنظيمية تشغيل أثناء التطوير. بالإضافة إلى ذلك ، غالبًا ما توجد الجينات التنظيمية التي تتحكم في التطور المبكر على مساحات من الحمض النووي تسمى أودية المثيلة ، أو DMVs ، والتي تكون عمومًا غنية بـ CG وخالية من التعديلات الكيميائية اللاجينية المعروفة باسم المثيلة. وبالتالي ، يجب تنظيم هذه الجينات من خلال آلية جينية أخرى ، وجد المؤلفون أنها تغيرات كيميائية تسمى تعديلات الكروماتين. الكروماتين هو كتلة المادة - DNA والبروتينات - في نواة الخلية التي تساعد على التحكم في التعبير الجيني.

من ناحية أخرى ، فإن الجينات النشطة في الخلايا الأكثر نضجًا التي تم تحديد نوع أنسجتها بالفعل تميل إلى أن تكون فقيرة في CG ويتم تنظيمها عن طريق مثيلة الحمض النووي. تشير النتائج إلى أن الآليات اللاجينية المتميزة تنظم الحالات المبكرة والمتأخرة لتمايز الخلايا الجذعية الجنينية.

يقول إيكر ، وهو أيضًا معهد هوارد هيوز الطبي ومحقق في مؤسسة جوردون وبيتي مور: "تعد الدراسات اللاجينومية لكيفية تمايز الخلايا الجذعية إلى أنواع خلايا متميزة طريقة رائعة لفهم التطور المبكر للحيوانات". "إذا فهمنا كيف تنشأ أنساب هذه الخلايا ، يمكننا أن نفهم ما إذا كان هناك شيء يسير بشكل صحيح أو خاطئ أثناء التمايز. إنها دراسة أساسية للغاية ، ولكن هناك آثار على القدرة على إنتاج أنواع خلايا جيدة النوعية لمختلف العلاجات ".

على سبيل المثال ، يقول ماثيو شولتز ، طالب دراسات عليا في مختبر إيكر ، "إن فهم كيفية حدوث التطور بشكل طبيعي يمكن أن يعطينا أدلة حول كيفية عكس العملية وتحويل الخلايا البالغة الطبيعية إلى خلايا جذعية لتجديد الأنسجة."

أحد المجالات التي قد تساعد النتائج فيها هو دراسة تطور الورم. في الأنسجة الطبيعية ، تكون DMVs غير ميثيل ، ولكن في السرطان ، وخاصة سرطان الثدي والقولون والرئة ، تكون مفرطة الميثيل ، مما يشير ، كما يقول إيكر ، إلى أن التغييرات في آلية مثيلة الحمض النووي قد تكون آلية مهمة تساعد في تطور الورم. يقول إن المزيد من التحقيق مطلوب لتطوير فهم أكبر لهذه العملية.

ومن الباحثين الآخرين الذين شاركوا في الدراسة ماثيو دي شولتز ، وريان ليستر ، وجوزيف آر نيري ، ومارك أ. وي شي ، نيشا راجاجوبال ، آر. ديفيد هوكينز ، داني ليونج ، آه يونج لي ، أودري كيم ، سامانثا كوان ، شيا آن ين ، ساريت كلوجمان ، لي إي إدسال ، أولريش واجنر ، يان لي ، زين يي وبينج رين من The معهد لودفيج لأبحاث السرطان ؛ Zhonggang Hou، Shulan Tian، Scott A. Swanson، Jiuchun Zhang، Pengzhi Yu، Nicholas E. Propson، Jessica E. Antosiewicz-Bourget، Ron Stewart and James A. Thomson of the Morgridge Institute for Research؛ Pradipta Ray Ashwinikumar Kulkarni، Zhenyu Xuan، Wen-Yu Chung and Michael Q. Zhang من جامعة تكساس في دالاس ؛ جون دبليو ويتاكر ، وهونجبو يانج ، وتاو وانج ، ويون تشو ، ونيل سي تشي ، ووي وانج من جامعة كاليفورنيا ، سان دييغو ؛ و Kran Suknuntha و Igor Sluvkin من جامعة ويسكونسن.

تم دعم الدراسة من قبل مشروع خارطة طريق المعاهد الوطنية للصحة Epigenomeأطلقت حملة المعهد القومي للقلب والرئة والدم، و جمعية القلب الأمريكية.

حول معهد سالك
معهد سالك للدراسات البيولوجية هو أحد المؤسسات البحثية الأساسية البارزة في العالم ، حيث يقوم أعضاء هيئة التدريس المشهورون دوليًا بالتحقيق في أسئلة علوم الحياة الأساسية في بيئة فريدة وتعاونية وإبداعية. من خلال التركيز على الاكتشاف وتوجيه الأجيال القادمة من الباحثين ، يقدم علماء Salk مساهمات رائدة لفهمنا للسرطان والشيخوخة والزهايمر والسكري والأمراض المعدية من خلال دراسة علم الأعصاب وعلم الوراثة وبيولوجيا الخلايا والنباتات والتخصصات ذات الصلة.

تم الاعتراف بإنجازات أعضاء هيئة التدريس بالعديد من الأوسمة ، بما في ذلك جوائز نوبل والعضويات في الأكاديمية الوطنية للعلوم. تأسس المعهد في عام 1960 من قبل رائد لقاح شلل الأطفال جوناس سالك ، وهو منظمة مستقلة غير ربحية ومعلم معماري.