پزشکی بازساختی و سلول‌های بنیادی

اپیدرم، لایه بیرونی پوست، به طور مداوم در طول زندگی در حال جایگزینی سلول های مرده و آسیب ‌دیده است. این لایه، از دست رفتن آب را کاهش می‌دهد و با تهدید‌ات محیطی مقابله می‌کند. علی‌رغم تلاش‌های متعدد دانشمندان برای شناسایی مکانیسم‌های مولکولی کنترل کننده‌ی بازسازی اپیدرم پوست، هنوز بسیاری از این موارد به درستی شناخته نشده اند.

تیم تحقیقاتی دانشگاه نورث وسترن یک سوئیچ مولکولی را از طریق پروتئینی به نام CDK9 شناسایی کرده اند که نقش حیاتی در فرآیند تمایز سلول های بنیادی پوست ایفا می کند. این سوئیچ در سلول های بنیادی "خاموش" است. هنگامی که سوئیچ روشن می‌شود، گروه خاصی از ژن‌ها فعال می‌شوند تا تنظیم‌کننده‌های پایین‌دست ژن را فعال کنند و به سلول‌های پوست اجازه می‌دهند تا به تدریج عملکرد حفاظتی خود را به دست آورند. این یافته ها علاوه بر درک اساسی بازسازی پوست، به درک بهتر سرطان و بهبود زخم نیز کمک می‌کند.

یکپارچگی اپیدرم پوست به مجموعه‌ای از سلول‌های بنیادی پوست به منظور خودنوزایی یا تمایز مداوم متکی است. فرآیند تمایز شامل تغییرات قابل توجه بیش از 6000 ژن می‌باشد، توقف تکثیر سلول های بنیادی در حالی که ژن های مسئول عملکرد حفاظتی (barrier-function genes) فعال می‌شوند. شیائومین بائو و تیم او با ادغام ژنومیک، ژنتیک و مهار‌دارویی در مدل‌های پوست انسان، دریافتند که سوئیچ فعالیت کینازی پروتئین CDK9، نقش کلیدی در تصمیم‌گیری سلول‌ها برای شروع تمایز و به دست آوردن تدریجی عملکرد حفاظتی بافت دارد.

فعالیت کینازی در سلول بنیادی خاموش است و ژن‌های rapid-response که مستقیماً توسط کیناز کنترل می‌شوند، سرکوب می‌گردند. هنگامی که فعالیت کینازی فعال است، ژن‌های rapid-response فعال می‌شوند، که متعاقباً فاکتور های پایین‌دست را تحریک می‌کنند، فاکتورهای پایین‌دست گروهی از عوامل رونویسی هستند که می‌توانند بیان ژن‌های مسئول عملکرد حفاظتی (barrier-function genes ) را بیشتر تحریک کنند.

CDK9 (کیناز 9 وابسته به سیکلین) نقش مهمی در تنظیم بیان ژن در مرحله "رونویسی" ایفا می‌کند. در سلول بنیادی، هنگامی که CDK9 با پروتئین های AFF1 و HEXIM1  بر روی DNA متصل می شود در حالت "خاموش" حفظ می‌شود و در انتظار سیگنال های سلولی خاص مانند فعال شدن سیگنالینگ پروتئین کیناز C می‌باشد. هنگامی که سیگنال‌دهی فعال می‌شود، CDK9 از حالت غیرفعال به فعال تغییر می‌کند و امکان سنتز سریع RNA از نواحی ژنومی که مستقیماً به CDK9 متصل هستند را فراهم می‌کند.

هنگامی که سلول بنیادی سیگنال های خارجی خاصی را دریافت می کند، پاسخ درون هسته‌ای بسیار سریع روی می دهد، CDK9 فعال شده به سرعت و در طی یک ساعت موجب بیان ژن های rapid-response مانند ATF3 می‌شود. بیان ATF3 چندین فاکتور رونویسی پایین دستی را به منظور تغییر سرنوشت سلول به سمت تمایز، القا می‌کند.

 Scientists identify key mechanism controlling skin regeneration - Northwestern Now