Ang mga Mutant Stem Cell ay Sumasalungat sa Mga Panuntunan ng Pag-unlad

Sinulat ni editor

Ang pag-alis ng isang gene mula sa pagbuo ng mga selula ng puso ay biglang nagiging sanhi ng mga ito sa mga pasimula ng selula ng utak, na ginagawang muling pag-isipan ng mga mananaliksik ng Gladstone ang cellular identity.

I-print Friendly, PDF at Email

Isipin na nagluluto ka ng cake, ngunit naubusan ka ng asin. Kahit na may nawawalang sangkap, ang batter ay mukhang cake batter pa rin, kaya't idikit mo ito sa oven at i-cross ang iyong mga daliri, umaasang magtatapos sa isang bagay na medyo malapit sa isang normal na cake. Sa halip, babalik ka pagkalipas ng isang oras para maghanap ng ganap na luto na steak.

Mukhang isang praktikal na biro, ngunit ang ganitong uri ng nakakagulat na pagbabago ay kung ano talaga ang nangyari sa isang ulam ng mga stem cell ng mouse nang ang mga siyentipiko sa Gladstone Institutes ay nag-alis lamang ng isang gene-ang mga stem cell na nakalaan upang maging mga selula ng puso ay biglang naging kahawig ng mga nauna sa mga selula ng utak. Ang pagkakataong obserbasyon ng mga siyentipiko ay tumataas sa inaakala nilang alam nila tungkol sa kung paano nagiging mga adult cell ang mga stem cell at pinapanatili ang kanilang pagkakakilanlan habang sila ay tumatanda.

"Talagang hinahamon nito ang mga pangunahing konsepto tungkol sa kung paano mananatili ang mga cell sa kurso sa sandaling simulan nila ang kanilang landas sa pagiging mga selula ng puso o utak," sabi ni Benoit Bruneau, PhD, direktor ng Gladstone Institute of Cardiovascular Disease at isang senior author ng bagong pag-aaral na inilathala sa Kalikasan.

Walang Pagtalikod

Ang mga embryonic stem cell ay pluripotent—may kakayahan silang mag-iba, o mag-transform, sa bawat uri ng cell sa isang ganap na nabuong pang-adultong katawan. Ngunit nangangailangan ng maraming hakbang para sa mga stem cell upang magbunga ng mga pang-adultong uri ng selula. Sa kanilang landas tungo sa pagiging mga selula ng puso, halimbawa, ang mga embryonic stem cell ay unang naiba sa mesoderm, isa sa tatlong primitive na tisyu na matatagpuan sa mga pinakaunang embryo. Sa ibaba ng landas, ang mga selulang mesoderm ay sumasanga upang gumawa ng mga buto, kalamnan, daluyan ng dugo, at mga selula ng puso.

Sa pangkalahatan, mahusay na tinatanggap na kapag ang isang cell ay nagsimulang mag-iba sa isa sa mga landas na ito, hindi na ito maaaring lumiko upang pumili ng ibang kapalaran.

"Halos lahat ng siyentipiko na nag-uusap tungkol sa cell fate ay gumagamit ng larawan ng Waddington landscape, na mukhang isang ski resort na may iba't ibang mga ski slope na bumababa sa matarik, hiwalay na mga lambak," sabi ni Bruneau, na siya ring William H. Younger Chair sa Cardiovascular Research sa Gladstone at isang propesor ng pediatrics sa UC San Francisco (UCSF). "Kung ang isang cell ay nasa isang malalim na lambak, walang paraan para ito ay tumalon sa isang ganap na naiibang lambak."

Isang dekada na ang nakalipas, natuklasan ni Gladstone Senior Investigator Shinya Yamanaka, MD, PhD, kung paano i-reprogram ang ganap na pagkakaiba-iba ng mga adult na cell sa sapilitan na pluripotent stem cell. Bagama't hindi nito binigyan ang mga cell ng kakayahang tumalon sa pagitan ng mga lambak, kumilos ito na parang ski lift pabalik sa tuktok ng landscape ng pagkakaiba-iba.

Mula noon, natuklasan ng iba pang mga mananaliksik na sa tamang mga pahiwatig ng kemikal, ang ilang mga cell ay maaaring ma-convert sa malapit na nauugnay na mga uri sa pamamagitan ng isang proseso na tinatawag na "direktang reprogramming" -tulad ng isang shortcut sa kagubatan sa pagitan ng mga kalapit na ski trail. Ngunit sa alinman sa mga kasong ito ay maaaring kusang tumalon ang mga cell sa pagitan ng iba't ibang mga path ng pagkita ng kaibhan. Sa partikular, ang mga selula ng mesoderm ay hindi maaaring maging mga pasimula ng mga malalayong uri gaya ng mga selula ng utak o mga selula ng gat.

Gayunpaman, sa bagong pag-aaral, ipinakita ng Bruneau at ng kanyang mga kasamahan na, sa kanilang sorpresa, ang mga nauna sa selula ng puso ay maaaring direktang magbago sa mga pasimula ng selula ng utak-kung ang isang protina na tinatawag na Brahma ay nawawala.

Isang Nakakagulat na Obserbasyon

Pinag-aaralan ng mga mananaliksik ang papel ng protina na Brahma sa pagkakaiba-iba ng mga selula ng puso, dahil natuklasan nila noong 2019 na gumagana ito kasama ng iba pang mga molekula na nauugnay sa pagbuo ng puso.

Sa isang dish ng mouse embryonic stem cell, gumamit sila ng CRISPR genome-editing approach para patayin ang gene Brm (ang gumagawa ng protina na Brahma). At napansin nila na ang mga selula ay hindi na nag-iiba sa normal na mga pasimula ng selula ng puso.

“Pagkatapos ng 10 araw ng pagkita ng kaibhan, ang mga normal na selula ay kumakabog nang ritmo; sila ay malinaw na mga selula ng puso, "sabi ni Swetansu Hota, PhD, unang may-akda ng pag-aaral at isang staff scientist sa Bruneau Lab. "Ngunit kung wala si Brahma, mayroon lamang isang masa ng inert cells. Walang patulan.”

Pagkatapos ng karagdagang pagsusuri, napagtanto ng koponan ng Bruneau ang dahilan kung bakit hindi tumatalo ang mga cell ay dahil ang pag-alis ng Brahma ay hindi lamang na-off ang mga gene na kinakailangan para sa mga selula ng puso, ngunit na-activate din ang mga gene na kailangan sa mga selula ng utak. Ang mga selula ng pasimula ng puso ay mga selula na ngayon ng pasimula ng utak.

Sinundan ng mga mananaliksik ang bawat hakbang ng pagkita ng kaibhan, at hindi inaasahang natuklasan na ang mga cell na ito ay hindi na bumalik sa isang pluripotent na estado. Sa halip, ang mga cell ay gumawa ng isang mas malaking hakbang sa pagitan ng mga landas ng stem cell kaysa sa naobserbahan dati.

"Ang nakita namin ay ang isang cell sa isang lambak ng tanawin ng Waddington, na may tamang mga kondisyon, ay maaaring tumalon sa ibang lambak nang hindi muna umaakyat pabalik sa tuktok," sabi ni Bruneau.

Mga Aral para sa Sakit

Habang ang kapaligiran ng mga cell sa isang lab dish at sa isang buong embryo ay medyo naiiba, ang mga obserbasyon ng mga mananaliksik ay may mga aralin tungkol sa kalusugan at sakit ng cell. Ang mga mutasyon sa gene Brm ay nauugnay sa congenital heart disease at sa mga sindrom na may kinalaman sa paggana ng utak. Ang gene ay kasangkot din sa ilang mga kanser.

"Kung ang pag-alis ng Brahma ay maaaring gawing ectoderm cells (tulad ng mga cell ng utak) ang mga mesoderm cells (tulad ng mga heart cell precursors) sa pinggan, kung gayon marahil ang mga mutasyon sa gene Brm ang nagbibigay sa ilang mga selula ng kanser ng kakayahang baguhin ang kanilang genetic program," sabi ni Bruneau.

Ang mga natuklasan ay mahalaga din sa isang pangunahing antas ng pananaliksik, idinagdag niya, dahil maaari silang magbigay ng liwanag sa kung paano maaaring baguhin ng mga cell ang kanilang karakter sa mga setting ng sakit, tulad ng pagpalya ng puso, at para sa pagbuo ng mga regenerative therapies, sa pamamagitan ng pag-udyok sa mga bagong selula ng puso halimbawa.

"Sinasabi din sa amin ng aming pag-aaral na ang mga path ng pagkita ng kaibahan ay mas masalimuot at marupok kaysa sa naisip namin," sabi ni Bruneau. "Ang isang mas mahusay na kaalaman sa mga landas ng pagkakaiba-iba ay maaari ring makatulong sa amin na maunawaan ang mga congenital na puso—at iba pang mga depekto, na kung saan ay lumitaw sa pamamagitan ng may sira na pagkakaiba-iba."

I-print Friendly, PDF at Email

Tungkol sa Author

editor

Editor in chief para sa eTurboNew ay si Linda Hohnholz. Siya ay nakabase sa eTN HQ sa Honolulu, Hawaii.

Mag-iwan ng komento