دانشمندان سلول هایی را کشف کردند که مرگ را فریب می دهند و بافت آسیب دیده را بازسازی می کنند

دانشمندان مکانیسم بقای سلولی را کشف کردند که به بازسازی بافت های آسیب دیده کمک می کند و همچنین ممکن است دلیل بازگشت برخی سرطان ها پس از درمان را نیز آشکار کند.

بافت‌هایی مانند پوست، همراه با لایه‌های اپیتلیال که بسیاری از اندام‌ها را می‌پوشانند و می‌پوشانند، توانایی قابل‌توجهی برای بازسازی خود پس از آسیب‌های زیاد دارند. دانشمندان تقریبا نیم قرن است که از این واکنش که تکثیر جبرانی نامیده می شود اطلاع داشتند. با این حال، این که چگونه سلول ها موفق می شوند چنین رشد مجدد چشمگیری را ایجاد کنند، هنوز یک راز باقی مانده است.

این پدیده اولین بار در دهه 1970 ثبت شد، زمانی که محققان لاروهای مگس را در معرض دوزهای بالای تابش قرار دادند. علیرغم آسیب عمده به بافت اپیتلیال، لاروها توانستند بالهای کاملا کاربردی را بازسازی کنند. پاسخ‌های احیاکننده مشابهی از آن زمان در بسیاری از گونه‌ها از جمله انسان مشاهده شده است.

اکنون، محققان موسسه علوم Weizmann می‌گویند که مکانیسم مولکولی را شناسایی کرده‌اند که به توضیح نحوه عملکرد این فرآیند کمک می‌کند. مطالعه آنها که در Nature Communications منتشر شده است، به نقش شگفت انگیز کاسپازها اشاره می کند، آنزیم هایی که بیشتر برای کمک به تخریب سلول ها شناخته شده اند.

کاسپازها به جای ترویج ساده مرگ سلولی، ظاهرا می توانند به سلول های خاصی کمک کنند تا در برابر مرگ مقاوم شوند. آن بازماندگان می توانند در بازسازی بافت آسیب دیده شرکت کنند و حتی ممکن است برای مقاومت در برابر آسیب های آینده مجهزتر شوند. با این حال، همین توانایی می تواند یک جنبه منفی خطرناک داشته باشد. سلول‌های سرطانی ممکن است از این مکانیسم بقا استفاده کنند و به طور بالقوه به تومورهایی کمک کنند که به شکل تهاجمی‌تر و مقاوم‌تر به درمان بازمی‌گردند.

این کشف در نهایت می تواند به محققان کمک کند تا رویکردهایی را توسعه دهند که ترمیم بافت سالم را تشویق می کند و در عین حال خطر عود سرطان را نیز کاهش می دهد.

یکی از راه های اصلی بدن برای از بین بردن سلول های ناخواسته، آپوپتوز است، شکلی از "خودکشی" سلولی که به دقت کنترل شده است. سلول‌ها زمانی که پیر می‌شوند، آسیب می‌بینند یا سیگنال‌های مولکولی دریافت می‌کنند که زمانشان به پایان رسیده است، می‌توانند وارد آپوپتوز شوند.

این فرآیند شامل چندین آنزیم کاسپاز است. یک کاسپاز آغازگر ابتدا مسیر را فعال می‌کند و به دنبال آن کاسپازهای مؤثری که پروتئین‌های درون سلول محکوم به شکست را می‌شکنند.

با این حال، در طول دو دهه گذشته، محققان کشف کرده‌اند که کاسپازهای آپوپتوز محدود به کشتن سلول‌ها نیستند. کار دانشمندان در سراسر جهان، از جمله آزمایشگاه پروفسور الی آراما در بخش ژنتیک مولکولی وایزمن، نشان داده است که این آنزیم ها همچنین می توانند در فرآیندهای بیولوژیکی که برای زندگی ضروری هستند، شرکت کنند.

آراما، محقق اولیه این توابع کاسپاز غیر کشنده، مشکوک بود که آنها همچنین ممکن است به تکثیر جبرانی کمک کنند.

برای بررسی، تیمی به رهبری دکتر تسلیل براون از آزمایشگاه آراما آزمایش کلاسیکی را بازسازی کردند که در ابتدا تکثیر جبرانی را نشان داد. محققان لارو مگس میوه را در معرض تشعشعات یونیزان قرار دادند، اما این بار از ابزارهای ژنتیکی مدرن برای پیگیری بازسازی بافت اپیتلیال با جزئیات بسیار بیشتر استفاده کردند.

براون توضیح می دهد: "ما تصمیم گرفتیم سلول هایی را شناسایی کنیم که دکمه خود تخریبی را فشار می دهند اما به هر حال زنده می مانند." "برای انجام این کار، ما از یک حسگر تاخیری استفاده کردیم که در مورد سلول‌هایی که کاسپاز آغازگر فعال شده بود، اما با این وجود از تابش جان سالم به در بردند، استفاده کردیم. این گونه بود که ما جمعیتی از سلول‌ها را که سلول‌های DARE نامیدیم، کشف کردیم. این سلول‌ها نه تنها از تابش جان سالم به در بردند، بلکه تکثیر شدند، بافت آسیب‌دیده را ترمیم کردند و تقریبا نیمی از آن را در عرض 48 ساعت دوباره پر کردند."

این کشف سوال دیگری را ایجاد کرد. اگر سلول های DARE تقریبا نیمی از بافت ترمیم شده را تشکیل می دهند، بقیه از کجا آمده اند؟

محققان گروه دومی از سلول ها را پیدا کردند که در برابر مرگ نیز مقاوم بودند. این سلول‌ها که سلول‌های NARE نامیده می‌شوند، از یک جهت مهم متفاوت بودند: کاسپاز آغازگر آنها هرگز فعال نشده بود.

براون می‌گوید: "ما جمعیت دیگری از سلول‌های مقاوم به مرگ را شناسایی کردیم، اما برخلاف سلول‌های DARE، آنها هیچ فعال‌سازی کاسپاز آغازگر را نشان ندادند. ما آنها را سلول‌های NARE نامیدیم." اگرچه سلول‌های NARE در نهایت به بازسازی بافت کمک می‌کنند، اما به تنهایی نمی‌توانند این کار را انجام دهند: وقتی سلول‌های DARE را از سیستم حذف کردیم، تکثیر جبرانی به طور کامل ناپدید شد. همچنین دریافتیم که سلول‌های در حال مرگ در بافت نقشی در انفجار بازسازی دارند - سلول‌های DARE با سیگنال‌هایی از همسایگان در حال مرگ خود فعال شدند.

تیم بعدی بررسی کردند که چرا سلول‌های DARE می‌توانند از سطوح تشعشعی که سلول‌های مجاور را تحت آپوپتوز قرار می‌دهند زنده بمانند.

آنها دریافتند که فرآیند مرگ به طور معمول در سلول های DARE آغاز می شود. کاسپاز آغازگر روشن می شود، اما قبل از اینکه کاسپازهای اعدامی بتوانند تخریب سلول را کامل کنند، مسیر متوقف می شود.

آراما توضیح می دهد: "ما مشاهده کردیم که اگرچه کاسپاز آغازگر در این سلول ها فعال می شود، روند مرگ سلولی در آنجا متوقف می شود و به مرحله بعدی پیش نمی رود." "ما مشکوک بودیم که پروتئینی که به عنوان موتور مولکولی شناخته می شود مسئول این کار است - می تواند کاسپاز آغازگر را به غشای سلولی متصل کند و از فعال کردن کاسپازهای جلاد جلوگیری کند. در واقع، وقتی این پروتئین موتور را خاموش کردیم، سلول های DARE به سمت مرگ رفتند و بازسازی بافت مختل شد.

فعال شدن بیش از حد همان پروتئین موتور قبلا با رشد تومور سرطانی مرتبط بوده است، که نشان می‌دهد این ممکن است یکی از مکانیسم‌هایی باشد که سلول‌های سرطانی را قادر می‌سازد تا از آپوپتوز فرار کنند.

این ارتباط به ویژه مهم است زیرا درمان‌های سرطان مانند پرتودرمانی اغلب با آسیب رساندن به سلول‌های تومور به اندازه‌ای عمل می‌کنند که باعث تخریب خود شوند.

زنده ماندن تابش می تواند کشتن سلول ها را سخت تر کند

تومورهایی که پس از پرتودرمانی برمی‌گردند اغلب تهاجمی‌تر و درمان آن دشوارتر است. بنابراین، محققان می‌خواستند بدانند آیا سلول‌هایی که از دوز اولیه تابش جان سالم به در برده‌اند، می‌توانند مقاومت خود را به نسل‌های آینده سلول‌ها منتقل کنند یا خیر.

آراما می‌گوید: «ما می‌خواستیم بفهمیم که آیا مقاومت در برابر مرگ توسط فرزندان سلول‌های مقاوم به مرگ که از تابش اولیه جان سالم به در برده‌اند به ارث می‌رسد یا خیر. "ما دریافتیم که وقتی همان بافت برای بار دوم تحت تابش قرار می گیرد، تعداد سلول هایی که در طی چند ساعت اول می میرند نصف آن چیزی است که پس از تابش اول دیده می شود و بیشتر سلول های مرده متعلق به جمعیت NARE هستند. به عبارت دیگر، فرزندان سلول های DARE به طور استثنایی مقاوم هستند - هفت برابر بیشتر از سلول های بافت اولیه در برابر مرگ سلولی مقاوم هستند.

این ممکن است توضیح دهد که چرا تومورهای عود کننده پس از تابش مقاوم تر می شوند."

یافته ها نشان می دهد که زنده ماندن از یک حمله اولیه ممکن است یک میراث بیولوژیکی ماندگار به جای بگذارد. کشتن نسل سلول‌های DARE بسیار دشوارتر از سلول‌های بافتی بود که هرگز اولین مواجهه با تابش را تجربه نکرده بودند.

زمانی که بافت سالم نیاز به بهبودی از آسیب داشته باشد، این ویژگی می تواند بسیار مفید باشد. با این حال، در سرطان، همین مزیت بقا می تواند به سلول های خطرناک اجازه دهد علی رغم درمان باقی بمانند.

یک حلقه بازخورد، بازسازی را تحت کنترل نگه می دارد

بازسازی سریع چالش دیگری را ایجاد می کند. سلول ها باید به اندازه کافی تکثیر شوند تا جایگزین چیزهای از دست رفته شوند، اما این رشد باید در نهایت متوقف شود. در غیر این صورت، پاسخ تعمیر می تواند به تکثیر کنترل نشده تبدیل شود.

در مرحله آخر مطالعه، محققان یک سیستم سیگنالینگ بین سلول های DARE و NARE را کشف کردند که به نظر می رسد این تعادل را حفظ می کند.

آراما خاطرنشان می‌کند: «سلول‌های DARE، ظاهرا با ترشح سیگنال‌های رشد، رشد سلول‌های NARE مجاور را افزایش می‌دهند. "به نوبه خود، سلول های NARE سیگنال هایی ترشح می کنند که از رشد سلول های DARE جلوگیری می کند. در واقع، ما یک حلقه بازخورد منفی بین دو جمعیت سلولی کشف کرده ایم که از رشد بیش از حد جلوگیری می کند."

این تبادل به دو جمعیت سلولی اجازه می دهد تا از بازسازی حمایت کنند و در عین حال محدودیت هایی را برای رشد بیش از حد ایجاد کنند.

این آزمایش‌ها روی مگس‌های میوه انجام شد، بنابراین تحقیقات بیشتری برای تعیین اینکه مکانیسم‌های مشابه در افراد چقدر نزدیک است، مورد نیاز است. با این حال، مدل‌های مگس میوه بارها به دانشمندان کمک کرده است تا فرآیندهای بیولوژیکی اساسی را کشف کنند که بعدها مشخص شد مشابه‌های مهمی در انسان دارند.

آراما در پایان می‌گوید: «امیدواریم همانطور که اغلب در مورد مدل‌های مگس اتفاق افتاده است، دانش به‌دست‌آمده در اینجا بتواند به درک مکانیسم‌هایی که رشد را متعادل می‌کنند و مقاومت در برابر مرگ سلولی در بافت‌های انسانی ایجاد می‌کند، ترجمه کند. بسیاری از سرطان‌ها از سلول‌های اپیتلیال منشأ می‌گیرند که کنترل رشد طبیعی خود را از دست داده‌اند، و هدف بسیاری از درمان‌های سنتی سرطان این است که از طریق آپوپتوز باعث خود تخریبی آنها شوند.

نتایج همچنین به راه‌های جدیدی اشاره می‌کند که در آنها ممکن است بتوانیم بازسازی مفید بافت سالم پس از آسیب را تسریع کنیم.

بنابراین یافته‌ها دو طرف سیستم بقای بیولوژیکی یکسان را برجسته می‌کنند. مکانیزمی که به بافت های سالم اجازه می دهد تا از آسیب های ویرانگر بهبود یابند، می تواند به طور بالقوه برای بهبود بهبودی مهار شود. در عین حال، درک اینکه چگونه سلول‌های سرطانی ممکن است از این مکانیسم استفاده کنند، می‌تواند استراتژی‌های جدیدی را برای جلوگیری از بقای تومورها در درمان و بازگشت نشان دهد.

همچنین در این مطالعه Naama Afgin، دکتر Lena Sapozhnikov و دکتر Keren Yacobi-Sharon از بخش ژنتیک مولکولی Weizmann شرکت کردند. دکتر ایهود سیوان از بخش تاسیسات اصلی علوم زیستی ویزمن. پروفسور آندریاس برگمان از دانشکده پزشکی UMass Chan، Worcester، MA. و پروفسور لوئیس آلبرتو بائنا-لوپز از مرکز زیست شناسی مولکولی سورو اوچوا (CBM)، اسپانیا.

پروفسور الی آراما رئیس کرسی استادی تحقیقات سرطان هری کی و رئیس مرکز ژنوم انسانی تاج است.

مواد ارائه شده توسط موسسه علوم Weizmann. توجه: محتوا ممکن است برای سبک و طول ویرایش شود.

مومیایی های انباشته شده 700 سال تغییر آیین های دفن در مصر باستان را فاش می کنند

دانشمندان فعالیت میکروبی پنهان قبلی روی پوست انسان را کشف کردند

دانشمندان پروانه ای را کشف کردند که به نظر می رسد به سختی پیر می شود

"چسب" درون پروتون ها ممکن است راز هویت ماده را حفظ کند