کشف مکانیسم های اساسی تجدید و تمایز سلول های بنیادی روده ای به ابداع روش جدید درمان دیابت کمک خواهد کرد

11 ژانویه 2021 - روده نقشی اساسی در تنظیم متابولیسم بدن دارد و اختلال عملکرد آن با انواع بیماری ها از جمله چاقی، دیابت، کولیت و سرطان روده بزرگ که میلیون ها نفر در سراسر جهان به آن مبتلا هستند، ارتباط دارد. هدف قرار دادن اختلال عملکرد غدد درون ریز با تحریک تشکیل سلولهای انترواندوکرین خاص از سلولهای بنیادی روده می تواند یک رویکرد احیا کننده و امیدوار کننده برای درمان دیابت باشد. برای این منظور، درک دقیق نسب سلول های بنیادی روده و سیگنال های تنظیم کننده ی بکارگیری انواع سلول های روده ای بسیار مهم است.

دکتر هایکو لیکرت و گروه تحقیقاتی وی این چالش را پذیرفته اند. لیکرت مدیر انستیتوی تحقیقات دیابت و بازسازی درHelmholtz Zentrum München ، استاد زیست شناسی سلولهای بتا در دانشگاه فنی مونیخ (TUM) و عضو مرکز تحقیقات دیابت آلمان(DZD)  است. در ادامه، صحبتهای دکتر لیکرت و آنیکا بوتچر، نویسنده اول این مقاله که در Nature Cell Biology منتشر شده است، را در مورد مکانیسم های اساسی عملکرد سلول های بنیادی روده آورده ایم.

چرا روده برای تحقیقات سلامت بسیار مهم است؟

دکتر لیکرت: روده به عنوان دستگاه گوارش و بزرگترین سیستم غدد درون ریز در تنظیم انرژی و هموستاز گلوکز نقشی اساسی دارد. اعمال متنوع روده توسط سلول های ویژه ای انجام می شوند که به طور مداوم هر 3-4 روز از سلول های بنیادی روده تولید و تجدید می شوند. به عنوان مثال، سلولهای به اصطلاح "انترو اندوکرین" بیش از 20 نوع هورمون مختلف را تولید می کنند که به مغز و لوزالمعده سیگنال می دهند تا به عنوان مثال اشتها، مصرف غذا، تخلیه معده و ترشح انسولین از سلولهای بتا را در پانکراس تنظیم کنند. یکی دیگر از عملکردهای مهم روده توسط سلولهای به اصطلاح Paneth انجام می شود که دفنسین ها را برای مقابله با پاتوژن های مهاجم تولید می کنند. درنتیجه، جای تعجب نیست که اختلال عملکرد روده با انواع بیماری ها مانند التهاب مزمن، سرطان روده بزرگ و دیابت همراه باشد که میلیون ها نفر در سراسر جهان به آن مبتلا هستند.

مهمترین یافته ها در آخرین تحقیقات شما در مورد سلولهای بنیادی روده چه بود؟

آنیکا بوچر:ما درک خود را در مورد اینکه چگونه سلولهای بنیادی روده به طور مداوم تجدید می شوند و باعث ایجاد انواع سلول های اختصاصی می شوند، در حد تفکیک بی نظیر سلول ها از هم بهبود بخشیدیم. بنابراین، اکنون ما قادر به توصیف جمعیت های احتمالی اجدادی هر نوع از سلولهای روده هستیم و نشان داده ایم که هر رده از سلول های بنیادی روده باعث به وجود آمدن سلولهای پیش ساز دودمانی یونی پوتنت یا تک توان خاصی می شوند. علاوه بر این، ما یک مسیر سیگنالینگ niche در سلولهای بنیادی خاص روده (به نام مسیر Wnt/planar cell polarity) شناسایی کردیم که خود تجدیدی سلولهای بنیادی روده و تصمیم گیریهای رده های سلولی را تنظیم می کند. این بسیار مهم است، زیرا می دانیم که سلولهای بنیادی روده می توانند به طور نامحدود عملکرد روده و سد بافتی روده را تجدید و حفظ کنند. اینها 6 متر اپیتلیوم و بیش از 100 میلیون سلول هستند که هر روز در انسان تولید می شوند. علاوه بر این، این سلول ها به هر نوع سلولی متمایز می شوند. بنابراین خطر شکست فرآیند خودتجدیدی یا فرایند تبدیل به رده های سلولی اختصاصی برای ایجاد بیماری مزمن بسیار زیاد است.

به اصطلاح فنی تر، ما توانستیم درختی دقیق از نژاد سلول های بنیادی روده را ترسیم کرده و سیگنال های نیچ جدید را شناسایی کنیم. به منظور دستیابی به این نتایج موفقیت آمیز، ما ازtime-resolved lineage labelling   رده های نادر سلولهای روده با استفاده از رده های مختلف موش گزارشگر بهمراه تجزیه و تحلیل گسترده ی ژنومی و آنالیز بیان ژن تک سلول هدف، استفاده کردیم تا تصمیمات رده های سلول های بنیادی روده را کالبد شکافی کنیم. همراه با تیمی از زیست شناسان محاسباتی به رهبری Fabian Theis، در هلمهولتز مونیخ وTUM ، مشخصات 60 هزارسلول روده را تعیین کردیم. برای تجزیه و تحلیل این مجموعه داده ها، ما از تکنیک های یادگیری ماشین که به تازگی توسعه یافته است، استفاده کرده ایم تا به طور خودکار دودمان شاخه ها و عوامل اصلی را در فضای بیان ژن شناسایی کنیم. این یافته ها به طور گسترده ای قابل استفاده هستند و به یک اندازه برای سرطان، التهاب و کولیت و همچنین چاقی و دیابت مهم هستند.

چگونه می توان این دانش جدید را به رویکردهای درمانی ترجمه کرد؟

دکتر هایکو لیکرت: این مطالعه پارادایم های(الگوهای) فعلی را به چالش می کشد و ما درک خود را در مورد خودتجدیدی سلول های بنیادی روده، ناهمگنی و دودمانهای مختلف سلولی ارتقا دادیم. ما می توانیم از این دانش اولیه برای تعیین آنچه برای تخصیص رده های سلولی و تمایز سلول های بنیادی روده در هنگام بیماریهای مزمناتفاق می افتد، استفاده کنیم. با توجه به این یافته ها، ما می توانیم با هدف قرار دادن پیش سازهای مختلف رده های سلولی، روشهای درمانی ویژه ای را برای این بیماریها ابداع کنیم، به عنوان مثال برای تولید مجدد سلولهای خاص از دست رفته در طی پیشرفت بیماری یا شناسایی و ریشه کن کردن سلولهای بنیادی سرطان روده. به طور خاص، ما تلاش خود را بر روی دیابت متمرکز خواهیم کرد.

منبع:

https://www.sciencedaily.com/releases/2021/01/210111084214.htm