به گزارش زیستنا به نقل از Cambridge Network، مجموعه‌ای بین‌المللی از پژوهشگران از دانشگاه کاتولیک لوون (KU Leuven) در بلژیک، انستیتو بابراهام (Babraham Institute) در بریتانیا، دانشگاه رادبود (Radboud University) در هلند، دانشگاه گنت (Ghent University) در بلژیک و انستیتو زیست‌فناوری مولکولی فرهنگستان علوم اتریش در مطالعه‌ای توضیح داده‌اند که چگونه توانایی تمایزی سلول‌های بنیادی که مشابه جنین اولیه هستند به رده‌های بافتی خاصی محدود می‌شود. این مطالعه در ژورنال Nature Cell Biology منتشر شده است. درک شرایط مولکولی که به سلول‌های جنینی اجازه می‌دهد گزینه‌های خود را باز نگه دارند، برای شناخت ما از رشد انسان و لانه‌گزینی موفق طی دوران بارداری اهمیت دارد.
این پژوهش نقش غیرمنتظره‌ای را برای تنظیم‌کننده‌ای مهم در بیان ژن شناسایی کرد. این فرایند در یک نقطه تصمیم‌گیری کلیدی روی می‌دهد که طی آن سلول‌های غیرتخصصی نخستین تصمیم سرنوشت خود را می‌گیرند. این رخداد در هفته اول تکوین انسان اتفاق می‌افتد. این زمانی است که سلول‌های جنین یا تبدیل به سلول‌های جنینی (embryonic cells) می‌شوند و بدن جنین را تشکیل می‌دهند یا به سلول‌های جفتی (placental cells) تبدیل می‌شوند تا از رشد جنین پشتیبانی کنند. این تصمیم از تغییرات اپی‌ژنتیکی برگشت‌پذیری در DNA سلول ناشی می‌شود که کنترل می‌کند کدام‌یک از ژن‌ها روشن یا خاموش شوند. هماهنگ کردن صحیح روشن و خاموش شدن ژن‌ها برای تکوین موفق ضروری است و مسئول آن است سلول‌ها هویت‌های مختلفی را کسب کنند.
دسترسی به جنین‌های انسان برای پژوهش محدود است، اما محققان می‌توانند جنبه‌های تکوین انسان را در آزمایشگاه با استفاده از سلول‌های شبه جنینی انسان به نام سلول‌های بنیادی پرتوان بکر (naive pluripotent stem cells) انسان مطالعه کنند.
نویسندگان در این مطالعه جامع‌ترین پژوهش تا به امروز را در مورد سلول‌های بنیادی پرتوان انسانی برای بررسی ویژگی‌های کلیدهای اپی‌ژنتیکی و چگونگی کنترل آن‌ها انجام دادند. این گروه پژوهشی با ادغام اطلاعات درباره ژن‌ها، اپی‌ژنتیک و پروتئین‌های درون سلول‌های بنیادی، کشف کردند که کمپلکسی پروتئینی به نام PRC2 (Polycomb Repressive Complex 2 یا کمپلکس سرکوب‌کننده پلی‌کامب ۲) به‌طور ویژه‌ای در این مرحله تکوینی فعال است. همچنین پژوهشگران توانستند جنبه‌های کلیدی تکوین انسان را در آزمایشگاه با استفاده از سیستم مدلی بسیار قدرتمند مطالعه کنند. این سیستم که به‌تازگی توسعه یافته است، سیستم مدل شبه-جنین انسان به نام بلاستوئید (blastoid) است. محققان با استفاده از این سیستم می‌توانند یافته‌های خود را هرچه بیشتر اعتبارسنجی کنند.
پروتئین‌های پلی‌کامب (Polycomb) گروهی از مولکول‌های کاملاً مطالعه شده هستند که بر در دسترس بودن DNA در سلول تأثیرگذارند. پروفسور هندریک مارکس (Hendrik Marks)، رهبر یک گروه پژوهشی در دانشگاه رادبود می‌گوید: «مشخص شده بود که کمپلکس پروتئینی PRC2 در اواخر تکوین نقش دارد، اما این نخستین بار است که مشاهده کرده‌ایم که PRC2 در چنین مراحل اولیه‌ای از تکوین جنینی انسان نقش دارد.» پروفسور وینسنت پاسک (Vincent Pasque) از دانشگاه کاتولیک لوون (KU Leuven) اضافه می‌کند: «پیش‌ازاین، فرض بر این بود که این کمپلکس در این مراحل اولیه مهم نیست. شناسایی نقش مهمی برای PRC2 در تکوین اولیه، چگونگی پیدایش نخستین انواع سلول در جنین انسان را روشن می‌کند.»
زمانی که پژوهشگران PRC2 را غیرفعال کردند، سلول‌های بنیادی پرتوان بکر انسان سلول‌های جفت بیشتری ساختند. به شکل قابل‌توجهی، غیرفعال کردن PRC2 تکوین بلاستوئید را نیز تسریع می‌کند، بلاستوئید حالتی است که در آن سلول‌های بنیادی در ساختارهای جنین مانند سه‌بعدی سازمان‌دهی می‌شوند. این وضعیت احتمال آن را افزایش می‌دهد که زمان‌بندی و کارایی تشکیل بلاستوئید برای اهداف تحقیقاتی قابل کنترل و بهبود باشد.
ایرنه تالون (Irene Talon) محقق دکترا از دانشگاه کاتولیک لوون توضیح می‌دهد: «ازآنجایی‌که سلول‌های بنیادی پرتوان بکر انسان می‌توانند تمامی انواع سلول‌ها را بسازند، اعتقاد بر این بود که هیچ‌گونه کنترل اپی‌ژنتیکی برای تأثیرگذاری بر هویت سلولی وجود ندارد.» او می‌افزاید: «بااین‌حال، ما دریافتیم که کمپلکس پروتئینی PRC2 به‌عنوان سدی عمل می‌کند که از تبدیل شدن سلول‌های بنیادی پرتوان بکر انسان به سلول‌های جفت جلوگیری می‌کند.» ایرنه به همراه با محققین دکترا، دیک زیجلمانز (Dick Zijlmans)، زیگرید ورهلست (Sigrid Verhelst) و آدام بندال (Adam Bendall) بسیاری از کارهای آزمایشگاهی این مطالعه را انجام داده‌اند.
دانشمندان مدت‌هاست که می‌خواهند دیدگاهی در مورد این موضوع به دست آورند که چگونه انواع سلول‌های مختلف در مراحل اولیه جنین‌زایی انسان ساخته می‌شوند؛ زیرا این مرحله برای لانه‌گزینی موفق جنین در رحم و ایجاد بارداری سالم بسیار مهم است. دکتر پیتر راگ-گان (Peter Rugg-Gunn)، رهبر گروهی پژوهشی در انستیتو بابراهام نتیجه‌گیری می‌کند: «تحقیق ما مجالی برای توانایی کنترل کردن بهتر تخصصی شدن سلول‌های بنیادی و تکوین بلاستوئید را ایجاد می‌کند که برای مطالعه چگونگی تشکیل شدن سلول‌های اولیه جفت در آزمایشگاه مفید است. در درازمدت، این دانش جدید می‌تواند شناخت ما را از این موضوع بهبود بخشد که چگونه جنین در رحم در مراحل اولیه بارداری به‌طور موفقیت‌آمیز لانه گزینی می‌کند و اینکه چرا گاهی اوقات ممکن است این فرایند اشتباه پیش رود.»
منبع: Cambridge Network
Journal Reference:
Zijlmans, Dick W., Irene Talon, Sigrid Verhelst, Adam Bendall, Karlien Van Nerum, Alok Javali, Andrew A. Malcolm, et al. “Integrated Multi-Omics Reveal Polycomb Repressive Complex 2 Restricts Human Trophoblast Induction.” Nature Cell Biology ۲۴, no. 6 (2022): 858–۷۱. https://doi.org/10.1038/s41556-022-00932-w.