روشی برای ارزیابی دقیق میزان اثرات داروها بر سلولهای خاص ابداع شد

11مه 2020 - محققان روشی را برای ارزیابی دقیق تأثیر داروهای خاص بر بافت پانکراس جدا شده، با استفاده از روش تعیین توالی RNA تک سلولی ابداع کردند. در مقاله ی آنها، این تکنیک و نحوه ی غلبه بر مشکل آلودگی مولکولهای RNA در رونوشتهای تک سلولی توصیف شده است. این روش امکان بدست آوردن نتایج دقیق از پاسخهای پویا به داروها را در سلولهای لوزالمعده فراهم کرد.

لوزالمعده اندام شکمی است که آنزیم های گوارشی و همچنین هورمون هایی را ترشح می کند که سطح قند خون را تنظیم می کنند. تولید هورمون ها در جزایرلانگرهانس، که خوشه هایی از انواع مختلف سلول های غدد درون ریز است، صورت می گیرد. از جمله ی سلولهای این جزایر؛ سلولهای بتا و همچنین سلولهای آلفا هستند که اولی هورمون انسولین مورد نیاز برای کاهش سطح گلوکز (نوعی قند) در خون ما و دومی، تولید هورمون گلوکاگون که مسئول افزایش سطح گلوکز در خون است را تولید می کنند.

دیابت نوع یک، بیماری مزمنی است که در آن سیستم ایمنی بدن به اشتباه به سلولهای بتا حمله کرده و آنها را از بین می برد. پزشکی احیا کننده قصد دارد مجدداً توده ی سلولی بتا را احیا یا جایگزین کند و از این رو از درمان های فعلی جایگزین انسولین پشتیبانی و در نهایت روشهای جدید را جایگزین می کند. تغییرات در ترکیب جزایر، از جمله عملکرد ناکافی سلول های بتا و عدم تمایز سلول های بتا، به دیابت نوع 2 می انجامد. بنابراین، درک عمیق تر هویت و مکالمه ی بین انواع مختلف سلول های جزایر منجر به تعیین بهتر خصوصیات هر دو نوع دیابت می شود و ممکن است به پیشرفت مفاهیم درمانی جدید کمک کند.

تکنیک ترانسکریپتومیکس تک سلولی[1] ، یک روش قدرتمند برای توصیف هویت هر تک سلول است. پیش از این، محققان گروه های Christoph Bock و Stefan Kubicek در CeMM ، اولین رونوشت ها یا ترانسکریپتوم های تک سلولی از سلول های جزایر پانکراس اولیه انسان را منتشر کردند. پیشرفت های این فناوری از آن زمان تا کنون موجب گردید که از این روش برای تولید اطلس های جهانی ترانسکریپتوم تک سلولی انسان و موش استفاده شود. با وجود این پیشرفت ها، رویکردهای تک سلولی با توجه به مقدارناچیز RNA موجود که در این آزمایش استفاده می شود، از نظر فن آوری چالش برانگیز است. بنابراین، اطمینان از کیفیت و خلوص رونوشت های تک سلولی، ضروری است.

محققان CeMM در دو آزمایشگاه، بیان غیر منتظره ی میزان بالایی از هورمون را توسط سلولهای غیر غدد درون ریز در پانکراس، در مجموعه داده های خود و همچنین سایر مطالعات تک سلولی منتشر شده، مشاهده کردند. آنها سوال کردند که آیا این می تواند نتیجه ی آلودگی نمونه ی مورد بررسی با مولکول هایRNA ، به عنوان مثال از سلول های در حال مرگ باشد؟ و این که چگونه می توان آنها را حذف کرد تا بتوان به یک مجموعه ی مطمئن تر از داده ها دست یافت؟ به نظر می رسد چنین آلودگی در داده های حاصل ازتعیین توالی RNA تک سلولی در بیشتر بافت ها وجود داشته باشد، اما در جزایر لوزالمعده به طور واضح قابل مشاهده بود. سلولهای غدد درون ریز جزایر، منحصراً به تولید هورمونهای منفرد اختصاص داده شده اند بطوریکه انسولین در سلولهای بتا و گلوکاگون در سلولهای آلفا نسبت به ژنهای معمولی "خانه داری"[2] بیشتر بیان می شوند. بنابراین، وارد شدن این رونوشتها(RNA پیامبر)به سایر سلولها بسیار واضح بود. بر اساس این مشاهدات، هدف آنها توسعه، اعتبارسنجی و بکارگیری روشی برای تعیین تجربی ترانسکریپتوم های تک سلولی و حذف محاسباتی چنین آلودگی هایی بود.

 محققان از انواع مختلفی از سلول ها از نمونه های موش و انسان استفاده کرده و آنها را به نمونه های جزایر لوزالمعده اضافه نمودند[3]. نکته مهم، این بود که ترانسکریپتوم سلولهای افزوده شده کاملاً تعیین شده بود. این کار به آنها اجازه داد که بطور دقیق سطح آلودگی RNA را در RNA-seq تک سلول کنترل کنند. از این طریق آنها دریافتند که نمونه ها تا 20٪ دچار آلودگی می شوند. آنها توانستند آلودگی در هر نمونه را تعیین کنند، سپس یک رویکرد بیوانفورماتیک جدید را برای حذف محاسباتی قرائت آلودگی ها از رونوشت های تک سلولی ابداع کردند.

پس از بدست آوردن ترانسکریپتوم "بدون آلودگی" ، که از آن، رونوشتهای جعلی حذف شده بود، آنها توانستند ببینند که چگونه هویت سلولی انواع مختلف سلول ها در پاسخ به سه داروی مختلف تغییر می کند. آنها دریافتند که یک مولکول کوچک مهارکننده ی فاکتور رونویسیFOXO1 ، از تمایز هر دو سلول آلفا و بتا به فرم بالغ جلوگیری می کند و آنها را در حالت تمایز نیافته نگه می دارد. علاوه بر این، آنها به مطالعه ی ماده یArtemether  پرداختند، که مشخص شده است سبب کاهش عملکرد اصلی سلول های آلفا و القای تولید انسولین توسط این سلولها در هر دو مطالعات داخل بدن و آزمایشگاهی می شود. اثرات ماده ی آرتمتر، اختصاص به نوع گونه و نوع سلول داشت. تحت تاثیر ماده ی آرتمتر، در کسری از سلولهای آلفا بیان انسولین افزایش یافت و کسب جنبه هایی از هویت سلول بتا در این سلولها در نمونه های موش و انسان مشاهده شد. در مورد تاثیر ماده یArtemether ، بر سلولهای بتا، نکته مهم این بود که محققان دریافتند در سلولهای بتای انسان تغییر معنی داری در بیان انسولین مشاهده نمی شود، در حالی که بیان انسولین در سلولهای بتا در جزایر موش، کاهش می یابد و هویت کلی سلولهای بتا تغییر می کند.

این مطالعه نتیجه همکاری متقابل آزمایشگاههای استفان کوبیچک و کریستوف باک در CeMM با پاتریک کلمبات در انستیتوی زیست شناسی والروز در فرانسه بود. این اولین مطالعه برای تعیین توالی تک سلولی به منظور تجزیه و تحلیل واکنش پویا به دارو در بافت جدا شده ی دست نخورده است، که از دقت کمّی بالایی از روش برطرف نمودن آلودگی رونوشتها سود می برد. بنابراین، این روش نه تنها یک روش جدید برای رفع آلودگی تک سلولی و آنالیز کمّی بسیار دقیق پاسخ دارویی تک سلولها در بافتهای دست نخورده را فراهم می کند، بلکه به یک سوال مهم فعلی در بیولوژی سلول های جزایر و تحقیقات دیابت نیز پاسخ می دهد. این یافته ها می تواند راه های درمانی بالقوه ای را برای درمان دیابت نوع 1 در آینده باز کنند.

منبع:

Genome Biology, 2020; 21 (1) DOI: 10.1186/s13059-020-02006-2

www.sciencedaily.com/releases/2020/05/200511124447.htm