پزشکی بازساختی و سلول‌های بنیادی

وقتی سلول‌ها تقسیم می‌شوند، معمولاً دو سلول دختر یکسان تولید می‌کنند. با این حال، استثناءهای مهمی برای این قانون وجود دارد: هنگامی که سلول‌های بنیادی تقسیم می‌شوند، اغلب یک سلول تمایز یافته را همراه با سلول بنیادی دیگر تولید می‌کنند تا مجموعه سلول‌های بنیادی را حفظ کنند.

یوکیکو یاماشیتا بیشتر دوران حرفه‌ای خود را صرف بررسی چگونگی وقوع این تقسیمات سلولی "نامتقارن" کرده است. این فرآیندها نه تنها برای رشد سلول‌ها و تبدیل آن‌ها به انواع مختلف بافت مهم‌اند، بلکه برای سلول‌های زایا مانند تخمک و اسپرم نیز بسیار اهمیت دارند تا بقای خود را از نسلی به نسل دیگر حفظ کنند.

سوالی که قبلاً یوکیکو یاماشیتا، محقق دانشگاه MIT، را درگیر خود کرده بود، این بود که «چگونه سلول‌ها هنگام تقسیم، کپی دقیقی از خود می‌سازند؟». او به استثنائات این فرآیند با دقت سازماندهی شده، علاقه‌مند شد و شروع به مطالعه کرد تا دریابد که چگونه سلول‌ها تحت تقسیماتی قرار می‌گیرند که سلول‌های دختری را تولید می‌کنند که یکسان نیستند. این نوع تقسیم نامتقارن برای موجودات چند سلولی حیاتی است که زندگی را به عنوان یک سلول منفرد آغاز می‌کنند و در نهایت به انواع مختلفی از بافت‌ها متمایز می‌شوند.

این مطالعات منجر به کشفی شد که به ابطال نظریه‌های قبلی در مورد نقش DNA به اصطلاح ناخواسته (یا junk DNA) کمک کرد. تصور می‌شد که این توالی‌ها که بیشتر ژنوم را تشکیل می‌دهند، اساساً بی فایده هستند زیرا هیچ پروتئینی را کد نمی‌کنند. برای یاماشیتا، این متناقض به نظر می‌رسید که سلول‌ها DNA زیادی را حمل می‌کنند که هیچ هدفی را دنبال نمی‌کند. او می‌گوید: «واقعاً نمی‌توانستم باور کنم که مقدار زیادی از DNA ما ناخواسته است، زیرا هر بار که یک سلول تقسیم می‌شود، باز هم بار تکرار آن junk ‌ها را بر عهده دارد. بنابراین، آزمایشگاه من شروع به مطالعه عملکرد junk ها کرد و سپس متوجه شدیم که واقعاً آن بخش مهمی از کروموزوم است.» در سلول‌های انسان، ژنوم روی 23 جفت کروموزوم ذخیره می‌شود. نگه داشتن همه این کروموزوم‌ها در کنار هم برای توانایی سلول‌ها برای کپی کردن ژن‌ها در صورت نیاز بسیار مهم است. در طی چندین سال، یاماشیتا و همکارانش در دانشگاه میشیگان و سپس در MIT، کشف کردند که بخش‌هایی از DNA ناخواسته مانند بارکد عمل می‌کنند و هر کروموزوم را برچسب‌گذاری می‌کنند و به آن‌ها کمک می‌کنند تا به پروتئین‌هایی که کروموزوم‌ها را در هسته سلول به هم متصل می‌کنند، بپیوندند. بدون آن بارکدها، کروموزوم‌ها پراکنده می‌شوند و شروع به نشت از هسته سلول می‌کنند. یکی دیگر از مشاهدات جالب در مورد این امتداد DNA ناخواسته، این بود که آنها تنوع بسیار بیشتری بین گونه‌های مختلف نسبت به مناطق کدکننده پروتئین DNA دارند. یاماشیتا با تلاقی دو گونه مختلف از مگس‌های سرکه نشان داد که در سلول‌های مگس‌های هیبریدی، کروموزوم‌ها درست مانند زمانی که بارکد خود را گم می‌کردند، نشت می‌کنند و این نشان می‌دهد که کدها مختص هر گونه هستند. یاماشیتا می‌گوید: «ما فکر می‌کنیم که این ممکن است یکی از دلایل بزرگ ناسازگاری گونه‌های مختلف باشد، زیرا آنها اطلاعات مناسبی برای جمع کردن همه کروموزوم‌های خود در یک مکان ندارند.»

علاقه یاماشیتا به سلول‌های بنیادی همچنین باعث شد تا مطالعه کند که چگونه سلول‌های زایا یا ژرمینال (سلول‌هایی که باعث تولید تخمک و سلول‌های اسپرم می‌شوند) ماندگاری خود را بسیار طولانی‌تر از سلول‌های معمولی بدن در طول نسل‌ها حفظ می‌کنند. در سلول‌های حیوانی معمولی، یکی از عواملی که به کاهش وابسته به سن کمک می‌کند، از دست دادن توالی‌های ژنتیکی است که ژن‌هایی را رمزگذاری می‌کنند که سلول‌ها به طور مداوم از آنها استفاده می‌کنند، مانند ژن‌های RNA ریبوزومی. یک سلول انسانی معمولی ممکن است صدها نسخه از این ژن‌های حیاتی داشته باشد، اما با پیر شدن سلول‌ها، برخی از آنها را از دست می‌دهند. برای سلول‌های زایا، این می‌تواند مضر باشد، زیرا اگر تعداد آنها خیلی کم شود، سلول‌ها دیگر نمی‌توانند سلول‌های دختر زنده را تشکیل دهند. یاماشیتا و همکارانش دریافتند که سلول‌های زایا با جدا کردن بخش‌هایی از DNA از یک سلول دختر در طول تقسیم سلولی و انتقال آن‌ها به سلول دختر دیگر، بر این مشکل غلبه می‌کنند. به این ترتیب، یک سلول دختر تمام مکمل آن ژن‌ها را بازسازی می‌کند، در حالی که سلول دیگر قربانی می‌شود. یاماشیتا می‌گوید: «این استراتژی بیهوده احتمالاً برای همه سلول‌های بدن بیش از حد گزاف خواهد بود، اما برای جمعیت کوچک سلول‌های زایا، این معامله ارزشمند است.»

https://news.mit.edu/2022/yukiko-yamashita-stem-cells-0322