מדענים חושפים כיצד זברה עוברת בין חלוקת תאים לבין בידול ישיר לבניית איברים חושיים מחדש, ומאתגרים את השקפות המוחזקות על התחדשות הרקמות.
לִלמוֹד: התפשטות תאי גזע ואבנים מוסדרים באופן עצמאי על ידי גנים מחזוריים ספציפיים לסוג התא תאיםו קרדיט תמונה: Anusorn Nakdee / Shutterstock.com
במחקר שפורסם לאחרונה בכתב העת תקשורת טבעחוקרים במכון סטאוורס למחקר רפואי בארצות הברית בדקו את המנגנונים שבאמצעותם מווסתים גנים של תאי גזע התחדשות בנוירומסטים לרוחב זברה (איברים חושיים). באופן ספציפי, המחקר ממונף עריכת גנים CRISPR מתקדמים, רצף RNA של תאים יחיד והדמיה חיה כדי לחקור כיצד שני גנים של ציקלון D מובחנים, CCNDX וכן CCND2Aלווסת אוכלוסיות תאים מובחנות במהלך התפתחות והתחדשותם של איברים חושיים אלה.
ממצאי המחקר חושפים זאת CCNDX וכן CCND2A פונקציה דרך מסלולים עצמאיים ועם זאת משלימים – הראשון מווסת את חלוקת תאי האבנים, ואילו האחרון מניע את הגברת התפשטות תאי הגזע. גם כאשר מסלול אחד אבוד, השני יכול לפצות חלקית, אך התחדשות מתרחשת באמצעות מנגנון מוגבל ופחות חזק. לדוגמה, ב CCNDX מוטנטים, בידול ישיר יכול לייצר תאי שיער ללא חלוקה; עם זאת, פחות תאים ופגם בולט קוטביות מתרחשים, כאשר כ- 70% מתאי שיער מחודשים המציגים הטיה אחורית. פגם בקוטביות זה קשור באופן מכני לביטוי מופחת של HES2.2אשר בדרך כלל מעכב EMX2רגולטור אמן של קוטביות תאי שיער. יחד, גנים אלה מבטיחים תחזוקת רקמות חזקה, ומציעים כיוונים טיפוליים חדשים למחקר התחדשות חושית.
רֶקַע
מחזור הרקמות והתחדשות הם תהליכים בסיסיים החיוניים לשמירה על החיים. תהליכים אלה המופיעים ללא הרף מסתמכים על יתרות עדינות בין אוכלוסיות של תאי גזע, אשר מחדשים את עצמם בהדרגה לאורך זמן, ותאי אבות, המתבגרים לצורות מיוחדות בתגובה לדרישות הפיזיולוגיות.
עשרות שנים של מחקרים חשפו כי חלבוני ציקלון D, הידועים בעיקר בזכות תפקידם המכריע בוויסות התקדמות מחזור התאים, משפיעים על מודולציה משמעותית על התפשטות התאים. לרוע המזל, האסוציאציות המכניסטיות בין אוכלוסיות תאי גזע ספציפיות לשימוש בחלבון Cyclin D נותרו מובנים בצורה לא טובה. פתיחת אסוציאציות אלה עשויה לפתוח את הדלת לטיפולים מחודשים חדשים, רלוונטיים במיוחד באוכלוסייה הגלובלית ההולכת וגדלה של ימינו, שחווה ירידה ביכולת החושית.
מחקרים אחרונים נועדו למנף את הזברה, אורגניזם מודל שנחקר היטב הנודע ביכולותיו ההתחדשות, לענות על שאלה זו. בפרט, הידוע כי הקו הרוחבי החושי של הזברה מתחדש במהירות בעקבות פציעה. קו זה מורכב מתאי שיער, תמיכה ותאי מעטפת, החיוניים לגילוי תנועת מים. בהתחשב באנלוגיה התפקודית שלהם לאוזן הפנימית האנושית, מודלים אלה משמשים כדי להשיג הבנה טובה יותר של התחדשות חושית.
על המחקר
המחקר הנוכחי השתמש בכמה זני זחל זברה טרנסגניים כדי להבהיר את המנגנונים העומדים בבסיס התחדשות במערכת החושית לרוחב. המחקר מתמקד בשני גנים של Cyclin D: CCNDX וכן CCND2Aו
על ידי מינוף CRISPR-CAS9 ו- CRISPR-CAS12A עריכת גנים, דג זברה מהונדס עם CCNDX ו/או CCND2A לאחר מכן נצפו דופק (באמצעות scrna-seq) כדי להבהיר את ההבדלים ביניהם בביטוי הגנים ובמצבי התא. מבחנים אלה שוכפלו למעלה מ -10,000 תאים והושלמו על ידי דוגמנות מהירות RNA באמצעות אלגוריתמי SCVELO ו- Graph Asstration (PAGA).
החוקרים החלו בטיפול בזחלי הזברה עם Neomycin, אנטיביוטיקה (אוטוטוקסין) שמפעילה מוות מהיר לשיער (והתחדשות לאחר מכן) לאורך איבר הקו הרוחבי. תצפית באמצעות מבחני RNA-Seq-Seq (scrNA-seq) בשילוב עם תוויות 5-ethynyl-2'-deoxyuridine (EDU) והדמיה של זמן-זמן (Nikon Ti2 Eclipse; 42 שעות ב 28.5 מעלות צלזיוס, הביאה לזיהוי של שני התפשטות נוגדני תאי על ידי ביטוי של תאים. CCNDX והשני על ידי CCND2Aו
לבסוף, נערכה דוגמנות חלבון באמצעות פלטפורמות הצופים התלת -ממדיות של רובטה ומול*כדי להשוות את השימור המבני של חלבוני ציקלון D על פני מינים זג זג טרנסגניים. ניתוחים סטטיסטיים כללו ניתוח של שונות (ANOVA) ובדיקות T לבדיל בין דיווחים בין טיפול בין טיפול (P <0.05).
ממצאי לימוד
מבחני הטיפול ב- Neomycin חשפו נוכחות של שתי אוכלוסיות תאים עצמאיות המעורבות בהתחדשות נוירומסט. ניתוח scrna-seq חשף את האוכלוסיות הללו: 1. התחדשות עצמית הגברה אוכלוסיות תאי גזע המבטאות CCND2Aו -2. תאי אבות המתבגרים לתאי שיער חושיים המבטאים CCNDXו
ראוי לציין CCNDX זני נוק -אאוט הדגימו התחדשות שיער גם בהיעדר CCNDX הַבָּעָה. ובכל זאת, תאי שיער אלה הוטלו לרוב בצורה שגויה, אולי בגלל השתנו HES2.2 וכן EMX2 פעילות (גנים המעורבים בקוטביות תאי שיער). חשוב לציין, ביטוי CCND2A מתחת ל CCNDX מקדם, הצלה גנטית מלאכותית, הצליח להחזיר את המספר ואת האוריינטציה של תאי שיער ב CCNDX-מוטנטים (p <0.0001), המסמנים הפגנה מכניסטית ולא פיצוי פיזיולוגי.
לעומת זאת, CCND2Aמוטציות חסרות מוטציות הראו מופחתת של התפשטות תאי גזע במהלך ההתפתחות, אך ההתחדשות הושפעה פחות, מה שמרמז כי ציקלינים אחרים יכולים לפצות במהלך תיקון רקמות, מבלי לגרום למומים בקוטביות. באופן ספציפי, המחקר מדווח על ויסות של CCND1 במהלך התחדשות CCND2A מוטנטים, שעלולים לפצות על אובדן CCND2A פונקציה (משלים איור 5N – P). תקנה עצמאית זו מציעה כי התחדשות חושית יכולה להתרחש גם אם נפגעת אוכלוסייה אחת (מסלול). לדוגמה, חמישה ימים לאחר ההפריה (DPF), CCNDX מוטציות הראו מופחתת באופן משמעותי+ תאי אבות מבדילים באופן משמעותי בהשוואה לאחיהם מסוגם הבר (P = 0.0001), ואילו הגברת ספירת התאים נותרה ללא שינוי (p = 0.35).
ממצא זה שתאי שיער זברה יכולים להתחדש באמצעות בידול ישיר ללא התפשטות אבות מייצג שינוי פרדיגמה בביולוגיה התחדשתית, ומאתגר את התפיסה ארוכת השנים כי התפשטות חיונית להתחדשות הרקמות.
לבסוף, מחקר זה חשף את החשיבות של 'איתות חריץ' בהתחדשות חושית. נמצא כי מסלול התקשורת התא-לתא השמור ביותר, החיוני להתפתחות והומאוסטזיס של רקמות, נמצא כי הוא מדכא CCNDX ביטוי, כאשר עיכובו מוביל להגברת התפשטות האבנים רק ב CCNDX-אין דגים, ובכך מאשרת לולאה רגולטורית הדוקה בין פעילות חריץ, ביטוי ציקלון D ויכולת התחדשות.
מסקנות
מחקר זה מייצג התקדמות משמעותית בהבנתנו את הביולוגיה המחודשת, ומפגין לראשונה כי בניגוד להנחות קודמות, כל התאים המתפשטים ברקמות התחדשות אינן מוסדרות באופן דומה. זה מדגיש את החשיבות העתידית של ויסות מחזור תאים מותאמים, וממנף את שניהם CCNDX וכן CCND2A לקבלת תוצאות התחדשות חושיות אופטימליות.
ממצאים אלה יכולים להאיץ את פיתוח הטיפולים ברפואה התחדשות. עם זאת, חשוב לציין כי CCNDX נעדר ביונקים, ולכן ממצאים אלה חלים ישירות רק על מינים שאינם יונקים. כמו בכל מחקרי המדע הבסיסיים במודלים של בעלי חיים, יש לשקול ממצאים בהקשר של ביולוגיה של דג הזברה, ויישומם על בני אדם ידרוש מחקר נוסף.
