חוקרים ממכון מקס פלאנק לאימונוביולוגיה ואפיגנטיקה בפרייבורג ו- ETH ציריך יצרו את המפה המשולבת הראשונה המפרטת את השינויים המטבוליים והמולקולריים בתאי גזע הדם האנושי ככל שהם מתבגרים, מתמחים או הופכים לסרטן. המחקר החדשני שלהם, המתאפשר על ידי טכניקות רגישות מאוד של קלט נמוך, מזהה את כולין התזונתי, כשחקן מפתח בשימור תכונות תאי גזע נעורים. עבודה זו מציעה תובנות עמוקות על בריאות ומחלות תאי גזע, ומציעה כיוונים מבטיחים להתערבויות תזונתיות וטיפוליות לשמירה על מערכת דם בריאה.
לְעִניָן
- מפה מטבולית משולבת ראשונה של תאי גזע בדם: המחקר מספק את המפה המקיפה הראשונה של שינויים מטבוליים ומולקולריים בתאי גזע הדם האנושיים כאשר הם מתמחים, גילם או הופכים לויקמיים, ומציעים תובנות מכריעות כיצד תאי גזע מאבדים או שומרים על יכולותיהם ההתחדשות.
- כולין מזוהה כמאיץ תאי גזע פוטנציאלי: נמצא כי כולין התזונתי החיוני היה גבוה בתאי גזע בריאים אך פחת עם בידול, הזדקנות ולוקמיה. השלמת כולין בניסויים במעבדה סייעה להחזיר תכונות נעורים – הצבעה על אסטרטגיות תזונתיות חדשות לתמיכה בתאי גזע.
- טיפולים עתידיים: משמרות בהרכב השומנים עולה כי הזדקנות ותאי גזע מיוחדים עשויים לשנות את האופן בו הם חשים ולהגיב לסביבתם. זה פותח דרכים חדשות לבחינת האופן בו חילוף החומרים מעצב את תפקוד הממברנה, תקשורת תאים וגורל תאי גזע.
תאי גזע המטופואטיים (HSCs) הם תאים נדירים שתוחמו במח העצם. הם מחזיקים ביכולת הייחודית לייצר כל סוג של תאי דם, החל מתאי דם אדומים הנושאים חמצן ועד תאי חיסון לוחמים על זיהום. HSCs חיוניים לשמירה על בריאותנו. עם זאת, ככל שאנו מתבגרים או בתנאים כמו לוקמיה, כוחות ההתחדשות המדהימים שלהם יכולים לרדת או להפריע, ולהשאיר את מערכות הדם והחיסון שלנו פגיעות להתקפות – במיוחד בתנאי לחץ.
אך כיצד משתנים תאי גזע בדם ככל שאנו מתבגרים או כאשר מחלות מכה? מחקר חדש של מכון מקס פלאנק לאימונוביולוגיה ואפיגנטיקה בפרייבורג וה- ETH ציריך מציע כעת את התצוגה המשולבת הראשונה של חילוף החומרים ותוכניות מולקולריות אלה בתאים נדירים אלה החושפים כיצד התכונות הפנימיות הללו משתנות ככל שהתאים מתמחים, גיל או סרטן.
שילוב של שיטות קלט נמוכות מאוד רגישות
לימוד תאים אלה אינו משימה קלה. עד כה, השגת הבנה מעמיקה של הפרופיל המטבולי של תאי גזע המטופואטיים הייתה אתגר עצום. בשל נדירותם והזמינות המוגבלת של דגימות מח עצם אנושיות, היה קשה לבצע ניתוחים מקיפים. "כדי להתגבר על זה, פיתחנו טכניקות רגישות ביותר המאפשרות רכישה של נתונים מטבוליים משמעותיים ממספר קטן במיוחד של תאים. זה איפשר לנו למדוד מאות מטבוליטים וליפידים המשתמשים בהרבה פחות תאים מאשר גישות אופייניות לדרוש", אומר מריה-אלני לליוטי, אחת משני המחברים הראשונים של המחקר.
על ידי שילוב הנתונים המטבוליים שנאספו עם פרופילי ביטוי גנים, הצוות יצר "מפה" מקיפה של התהליכים הכימיים של התא ופעילות גנים המאפשרת להם להתחקות אחר תאי גזע הדם משתנים בשלבים שונים של בריאות, הזדקנות ומחלות. "יכולנו למצוא, למשל, שתאי גזע אנושיים פחות פעילים מטבולית מאשר צאצאיהם המפותחים יותר. אנו מוצאים פחות מטבוליטים הדרושים לייצור אנרגיה, לבנות חלקי תאים ולביצוע חומצות אמינו. זה מתאים לעובדה שתאי גזע בדרך כלל נשארים במצב מנוחה כדי להגן על עצמם ועל יכולותיהם", אומרת פרופסור נינה קאבזאס-וולשד.
מגבר תאי הגזע
התגלית הבולטת ביותר כוללת כולין, חומר מזין חיוני שנמצא במזונות כמו ביצים, פולי סויה ודגים. לתאי גזע בריאים היו רמות כולין גבוהות, אשר ירדו ככל שהתאים התמחו, וירדו עוד יותר עם הזדקנות ולוקמיה.
ניסויי המעבדה שלנו חשפו כי תוסף כולין הגביר את ייצור השומנים והסייע בשימור זהות נעורים יותר, דמויי גזע, מה שמרמז כי חומרים מזינים ספציפיים עשויים להיות המפתח לשמירה על תפקוד תאי הגזע. "
מארי כרמן רומרו-מולרו, סופרת משותפת
המחקר חשף גם שינויים בהרכב השומנים של תאי גזע בדם המשנים את מבנה הממברנה של התאים ומשפיעים על האופן בו הם חשים ומגיבים לסביבתם. "ממצאים אלה מספקים כיוונים חדשים לבחינת האופן בו חילוף החומרים לא רק מעצב את המכונות הפנימיות של התא אלא גם את האינטראקציות שלה עם הסביבה", אומר הסופר התואם משותף יורג בישר.
המחקר מדגים בבירור כי תאי גזע דם אנושיים עוברים שינויים מטבוליים מהותיים כאשר הם מתמחים, גילם או הופכים לחולים. משמרות אלה יכולות לעצב מחדש הן את זהותן והן את התנהגותן. "זה מעלה שאלות מסקרנות אם תזונה ממוקדת יכולה לסייע בשימור בריאות תאי הגזע, והאם התערבויות מטבוליות עשויות לתמוך בטיפולי לוקמיה או לקדם הזדקנות בריאה", אומרת נינה קבז-וולשייד.
הנתונים ממעבדת Cabezas-Wallscheid מספקים משאב מקיף למחקר נוסף בתחום זה. על ידי תארך כיצד חילוף החומרים מנחה את גורל תאי גזע הדם האנושי, מחקר זה מניח את היסודות לטיפולים עתידיים שמטרתם לשמור על תפקוד תאי הגזע – מסייע לשמור על מערכת הדם שלנו בריאה יותר לאורך זמן.
