«ضبط کننده پرواز» DNA سلول به سلول رشد جنینی را ردیابی می کند

توسط شفق ضیا، موسسه تحقیقات زیست پزشکی وایتهد

ویرایش شده توسط گابی کلارک، بررسی توسط رابرت ایگان

این مقاله با توجه به روند و سیاست های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:

برای دهه‌ها، دانشمندان توانسته‌اند به لحظات فردی در رشد جنین نگاه کنند: تصویری از مغز در حال رشد، تصویری از نحوه شکل‌گیری قلب یا نگاهی اجمالی به سلول‌هایی که شروع به تشکیل سیستم عصبی می‌کنند.

اما اگر به جای گرفتن عکس های فوری، می توانستند کل روند را تماشا کنند چه می شد؟

یک مطالعه جدید از آزمایشگاه عضو موسسه وایتهد، جاناتان وایزمن، همچنین استاد زیست‌شناسی در موسسه فناوری ماساچوست (MIT) و محقق موسسه پزشکی هاوارد هیوز (HHMI)، یکی از دقیق‌ترین دیدگاه‌ها را در مورد چگونگی ساخت یک پستاندار، سلول به سلول ارائه می‌دهد.

محققان با دنبال کردن تاریخچه خانوادگی بیش از یک میلیون سلول در حین رشد جنین موش، نوعی طرح یا فیلم رشدی ایجاد کرده‌اند که نشان می‌دهد چگونه سلول‌ها تقسیم می‌شوند و در نهایت به بافت‌ها و اندام‌های بدن تبدیل می‌شوند.

این کار که در 8 اکتبر در مجله Cell منتشر شد و با همکاری گروه زکری اسمیت در دانشگاه ییل و موسسه ماکس پلانک برای ژنتیک مولکولی انجام شد، دیدگاهی جامع از فرآیندی ارائه می‌کند که مدت‌هاست به صورت قطعات مورد مطالعه قرار گرفته است: اینکه چگونه یک تخمک بارور شده صدها نوع مختلف سلول را ایجاد می‌کند، که در مکان‌های مناسب و در زمان مناسب برای ساخت حیوانات مرتب شده‌اند.

ویزمن می گوید: «این واقعا دیدگاهی از نحوه نمایش اطلاعات موجود در ژنوم در فضا و زمان برای تبدیل شدن از DNA خطی به یک حیوان سه بعدی است.

این نقشه می تواند مفاهیم گسترده ای برای درک نقایص مادرزادی و سرطان داشته باشد. بسیاری از نقایص مادرزادی زمانی به وجود می آیند که سلول ها در حین جمع شدن بافت ها و اندام ها مسیر خود را تغییر می دهند. یک نقشه دقیق از توسعه معمولی می‌تواند به محققین کمک کند تا مشخص کنند این فرآیندها کجا و چه زمانی خراب می‌شوند. در سرطان، همین رویکرد می‌تواند به دانشمندان کمک کند تا ببینند سلول‌ها چه زمانی ویژگی‌هایی مانند توانایی انتشار یا مقاومت در برابر درمان را به دست می‌آورند.

این نقشه همچنین می‌تواند تحقیقات سلول‌های بنیادی را با آشکار کردن توالی حالت‌های سلولی که منجر به انواع سلول‌های بالغ و عملکردی می‌شود، آگاه کند.

در دهه 1980، دانشمندان با پیگیری دقیق توسعه Caenorhabditis elegans، یک کرم کوچک که بدن شفاف آن تنها حدود 1000 سلول دارد، به قلمروی مشابه وارد شدند. با استفاده از میکروسکوپ، آن‌ها می‌توانستند نحوه تقسیم سلول‌های منفرد و محل رسیدن فرزندانشان را ردیابی کنند.

اما دستیابی به چیزی مشابه در یک پستاندار یک چالش در مقیاس بسیار متفاوت بود. جنین‌های پستانداران حاوی سلول‌های بسیار بیشتری هستند، در داخل رحم رشد می‌کنند - دور از دید - و از یک خط کاملا از پیش تعیین‌شده پیروی نمی‌کنند.

مطالعه جدید با استفاده از فناوری توسعه یافته در آزمایشگاه ویزمن به نام PEtracer با این چالش مقابله می کند. این سیستم تا حدودی مانند یک ضبط کننده پرواز در داخل یک سلول عمل می کند. PEtracer تغییرات کوچک و ارثی در DNA ایجاد می کند که با تقسیم سلول ها منتقل می شود. با خواندن این تغییرات بعدا، دانشمندان می‌توانند برای بازسازی سلول‌هایی که از کدام اجداد آمده‌اند، به عقب کار کنند و اساسا یک شجره خانوادگی برای سلول‌های جنین در حال رشد بسازند.

در این کار، محققان این درختان خانوادگی را با اطلاعاتی در مورد اینکه چه ژن‌هایی در هر سلول فعال شده‌اند و این سلول‌ها در کجای جنین قرار دارند، ترکیب کردند. آنها بیش از یک میلیون سلول از جنین های موش جمع آوری شده در چند نقطه در طول تکامل را تجزیه و تحلیل کردند و به آنها اجازه داد نه تنها جایی که سلول ها به پایان رسیدند، بلکه زمانی که آنها شروع به حرکت به سمت سرنوشت های خاص کردند را دنبال کنند.

یک مطالعه جدید از گروه Jay Shendure در دانشگاه واشنگتن که همزمان در مجله Science منتشر شده است، از یک رویکرد مرتبط به نام DNA Typewriter برای ردیابی تقسیمات سلولی در رشد جنین موش و ایجاد سابقه ای از تاریخچه سلولی آنها استفاده می کند.

هر دو مطالعه نگاه بسیار جامع تری به رشد پستانداران نسبت به گذشته ارائه می دهند. با این حال، تیم وایزمن، جنین‌ها را در مراحل رشد نزدیک به هم مورد مطالعه قرار دادند و جنین‌های متعدد را در هر مرحله بررسی کردند. این به آنها تصویر دقیق تری از نحوه رشد و نمو داد و به آنها این امکان را داد که بپرسند سلول ها چگونه مسیرهای یکسانی را از جنینی به جنین دیگر دنبال می کنند.

با این جدول زمانی دقیق، محققان همچنین می‌توانند تعیین کنند که سلول‌ها چه زمانی به سرنوشت خاصی متعهد می‌شوند، چه تعداد از سلول‌های اولیه بافت را تشکیل می‌دهند و چگونه در نهایت به اندام در حال رشد کمک می‌کنند.

در حالی که مطالعات قبلی ممکن است بر روی یک جمعیت سلولی تمرکز کنند، این رویکرد آن داستان‌های فردی را در متن کل حیوان در حال رشد قرار می‌دهد - دیدگاهی که به ویژه برای درک بیماری مفید است.

به عنوان مثال، سرطان یک رویداد واحد نیست، بلکه فرآیندی است که در آن سلول‌ها در طول زمان ویژگی‌های جدیدی از جمله توانایی گسترش یا مقاومت در برابر درمان را به دست می‌آورند. نقشه دودمان می‌تواند به محققان اجازه دهد تا زمان ظهور آن ویژگی‌ها و چگونگی تغییر سلول‌ها را با کسب آنها ردیابی کنند.

لوک کوبلان، فوق دکترا در آزمایشگاه وایزمن و نویسنده اول مقاله می گوید: «توسعه و سرطان هر دو به تصمیماتی بستگی دارد که سلول ها در مورد اینکه چه می شوند می گیرند. با ردیابی چگونگی رشد سلول‌ها در جنین موش، ما امیدواریم که بهتر درک کنیم که سلول‌های سرطانی چگونه تغییر می‌کنند و به گسترش یا مقاومت در برابر درمان کمک می‌کنند.»

این کار همچنین می تواند راهنمای جدیدی برای تحقیقات سلول های بنیادی باشد. دانشمندان ده‌ها سال تلاش کرده‌اند تا سلول‌های بنیادی را برای تبدیل شدن به نسخه‌های بالغ و عملکردی انواع سلول‌های خاص برای تحقیقات یا درمان‌های بالقوه ترغیب کنند. اما بازتولید شرایط دقیق در جنین دشوار است.

ویلیام کولگان، دانشجوی فارغ التحصیل و نویسنده اول، می گوید: «اگر بتوانیم دستور العملی گام به گام برای چگونگی ایجاد هر نوع سلولی در بدن داشته باشیم، این برای زیست شناسی سلول های بنیادی فوق العاده قدرتمند خواهد بود.»

وایسمن این کار را با پروژه ژنوم انسان مقایسه می‌کند: دانستن توالی ژنوم انسان مواد تشکیل دهنده را در اختیار دانشمندان قرار می‌دهد - اما دستورالعمل‌هایی برای نحوه استفاده از آن مواد - برای ساختن یک ارگانیسم در اختیار دانشمندان قرار نمی‌دهد.

او می‌گوید: «ژنوم مانند فهرست مواد یک وعده غذایی چهار وعده‌ای است. "این به شما می گوید که چه موادی هستند، اما به شما نمی گوید که کدام یک را در چه زمانی استفاده می کنید، چقدر استفاده می کنید یا در کجا قرار می دهید. بدون دستور غذا، غیرممکن است که بدانید این مواد چگونه می توانند به وعده غذایی تبدیل شوند."

این نقشه جدید شروع به پر کردن جزئیات آن دستور غذای گم شده می کند. نتیجه منبعی است که محققان می توانند از آن برای کشف رشد پستانداران به روشی کاملا جدید استفاده کنند. به‌جای مطالعه توسعه به‌عنوان مجموعه‌ای از فرآیندهای مجزا، دانشمندان اکنون می‌توانند ببینند که چگونه این فرآیندها با هم در یک داستان آشکار می‌شوند.

ویلیام ان. کولگان و همکاران، ردیابی اصل و نسب جامع، چشم انداز تصمیمات سرنوشت سلولی را در جنین زایی موش ترسیم می کند، سلول (2026). DOI: 10.1016/j.cell.2026.09.050

ارائه شده توسط موسسه وایتهد برای تحقیقات زیست پزشکی

کارشناسی ارشد زبان انگلیسی، ویرایشگر کپی از سال 2021 با تجربه در آموزش عالی و محتوای بهداشتی. تقدیم به اخبار معتبر علمی. نمایه کامل →

لیسانس زیست شناسی ریاضی، کارشناسی ارشد در نوشتن خلاق. خوش سفر با دیدگاه های منحصر به فرد در علم و زبان. نمایه کامل →