ნაწიბუროვანი ქსოვილის შებრუნება გულის შეტევის შემდეგ ჯანსაღი გულის კუნთის შესაქმნელად: ეს იქნება თამაშის შეცვლა კარდიოლოგიისა და რეგენერაციული მედიცინის სფეროში. ლაბორატორიაში მეცნიერებმა აჩვენეს, რომ შესაძლებელია ფიბრობლასტების (ნაწიბუროვანი ქსოვილის უჯრედები) კარდიომიოციტებად (გულის კუნთების უჯრედები) შეცვლა, მაგრამ დეტალების დალაგება, თუ როგორ ხდება ეს, ადვილი არ ყოფილა და ამ სახის მიდგომის გამოყენება კლინიკებში ან თუნდაც სხვა ძირითადი კვლევითი პროექტები მიუღწეველი აღმოჩნდა.
ახლა, Nature-ში დღეს გამოქვეყნებულ ახალ კვლევაში, UNC-ის მკვლევარები აცხადებენ გარღვევაზე.მათ გამოიყენეს ერთუჯრედიანი რნმ-ის თანმიმდევრობის ტექნოლოგია მათემატიკური მოდელირებასთან და გენეტიკურ და ქიმიურ მიდგომებთან ერთად, რათა გამოკვეთონ ეტაპობრივი მოლეკულური ცვლილებები, რომლებიც ხდება უჯრედის ბედის გარდაქმნის დროს ფიბრობლასტიდან კარდიომიოციტად. მეცნიერებმა, ლი ქიანის, დოქტორის, პათოლოგიისა და ლაბორატორიული მედიცინის ასისტენტ პროფესორის ხელმძღვანელობით UNC მედიცინის სკოლაში, არა მხოლოდ წარმატებით აღადგინეს მარშრუტები, რომლებიც ერთ უჯრედს შეეძლო ამ პროცესში, არამედ გამოავლინეს ძირითადი მოლეკულური გზები და ძირითადი რეგულატორები, რომლებიც მნიშვნელოვანია ტრანსფორმაცია ერთი უჯრედის ტიპიდან მეორეზე.
"ჩვენ გამოვიყენეთ პირდაპირი გულის რეპროგრამირება, როგორც მაგალითი ამ კვლევაში", - თქვა ქიანმა, ამ ნაშრომის უფროსმა ავტორმა და UNC McAllister Heart Institute-ის წევრმა, "მაგრამ მილსადენები და მეთოდები, რომლებიც ჩვენ აქ დავადგინეთ, შეიძლება იყოს გამოიყენება ნებისმიერი სხვა რეპროგრამირების პროცესში და პოტენციურად სხვა არასინქრონიზებულ და ჰეტეროგენულ ბიოლოგიურ პროცესებში."
როდესაც ჩვენ ჩვილები ვართ, ემბრიონის ღეროვანი უჯრედები მთელს ჩვენს სხეულში თანდათან გადაიქცევა სხვადასხვა მაღალ სპეციალიზებულ უჯრედებად, როგორიცაა ნეირონები, სისხლის უჯრედები და გულის კუნთის უჯრედები.დიდი ხნის განმავლობაში, მეცნიერები ფიქრობდნენ, რომ ეს სპეციფიკური უჯრედები ტერმინალური იყო; მათ არ შეეძლოთ ხელახლა შეცვლა ან დაბრუნებული მდგომარეობა ემბრიონულ და მათ საბოლოო დიფერენცირებულ სტადიას შორის. თუმცა, ბოლოდროინდელმა აღმოჩენებმა აჩვენა, რომ შესაძლებელია ტერმინალურად დიფერენცირებული სომატური უჯრედების დაბრუნება პლურიპოტენტურ მდგომარეობაში - ერთგვარი "სამაგისტრო" უჯრედი, რომელსაც შეუძლია თვითწარმოქმნა და პოტენციურად გადაიქცევა სხეულის ნებისმიერ უჯრედად. მეცნიერებმა ასევე გაარკვიეს, თუ როგორ გარდაქმნას ერთი სახის დიფერენცირებული სომატური უჯრედის ტიპი მეორეში პლურიპოტენტური სტადიის ან თავდაპირველი პროგენიტორული სტადიის შემოვლების გარეშე. ასეთმა აღმოჩენებმა შეცვალა უჯრედული იერარქიის პარადიგმა და მოახდინა რევოლუცია ღეროვანი უჯრედების კვლევასა და რეგენერაციული მედიცინის სფეროში. მიუხედავად ამისა, რთული იყო იმის გარკვევა, თუ როგორ უნდა შევისწავლოთ ამ პროცესების სპეციფიკა კლინიკური და საბაზისო კვლევისთვის.
პირდაპირი გულის რეპროგრამირება, პერსპექტიული მიდგომა გულის რეგენერაციისა და დაავადების მოდელირებისთვის, რომელიც Qian Lab-ის პიონერად და დახვეწილი იყო ბოლო რამდენიმე წლის განმავლობაში, გულისხმობს გულის არამიოციტების პირდაპირ გარდაქმნას ინდუცირებულ კარდიომიოციტებად (iCMs) ჰგავს ენდოგენურ CM-ებს.ნებისმიერი გადაპროგრამირების პროცესის მსგავსად, მრავალი უჯრედი, რომელიც რეპროგრამირებულია, ამას არ აკეთებს ერთდროულად.
"ეს არის "ასინქრონული" პროცესი", - თქვა ციანმა. "კონვერტაციები ხდება სხვადასხვა ინტერვალებით. ასე რომ, ნებისმიერ ეტაპზე, უჯრედის პოპულაცია ყოველთვის შეიცავს არაკონვერტირებულ, ნაწილობრივ გადაპროგრამებულ და სრულად რეპროგრამირებულ უჯრედებს. ამიტომ, უჯრედული რეპროგრამირება არის "ჰეტეროგენული", რაც ართულებს ტრადიციული მიდგომების გამოყენებით შესწავლას."
ამ კვლევაში, მიკროფლუიდური ერთუჯრედიანი რნმ-ის თანმიმდევრობის ტექნიკის გამოყენებით, Qian-ის ლაბორატორიამ განიხილა "ასინქრონული" პროგრამირებისა და ჰეტეროგენული უჯრედების პოპულაციების ორი ძირითადი საკითხი. მათ გააანალიზეს გლობალური ტრანსკრიპტომის ცვლილებები ფიბრობლასტებიდან iCM-ებად გადაქცევის დროს.
მათემატიკური ალგორითმების გამოყენებით, მათ გამოავლინეს უჯრედების მოლეკულურად განსხვავებული ქვეპოპულაციები რეპროგრამირების მილსადენის გასწვრივ. შემდეგ მათ ხელახლა ააშენეს iCM ფორმირების მარშრუტები სიმულაციისა და ექსპერიმენტული ვალიდაციის საფუძველზე.ეს მარშრუტები მათ უპრეცედენტო მაღალი გარჩევადობის საგზაო რუკას აძლევდა უჯრედების გარდაქმნის მექანიზმების შემდგომი კვლევებისთვის.
"ზოგიერთი ის, რაც ჩვენ აღმოვაჩინეთ, კლინიკურად მნიშვნელოვანია," თქვა კიანმა, "მაგალითად, ჩვენ ვიცით, რომ გულის შეტევის შემდეგ, გულის ფიბრობლასტები დაზიანებული უბნის ირგვლივ დაუყოვნებლივ აქტიურდებიან და ხდებიან ძლიერ პროლიფერაციული, მაგრამ ეს პროლიფერაციული უნარი მცირდება. დრო. როგორ გამოვიყენოთ ფიბრობლასტების მრავალფეროვანი უჯრედული ციკლის სტატუსი გულის შეტევის პროგრესირებასთან და მის შემდგომ შედეგებთან დაკავშირებით, რა თქმა უნდა გააფართოვებს უჯრედული რეპროგრამირების გამოყენებას პაციენტებში და ოპტიმიზაციას გაუწევს შედეგებს."
Qian-მა დაამატა, "ჩვენ ვაჩვენეთ მარშრუტები უჯრედების გამრავლებასა და უჯრედების რეპროგრამირებას შორის. ჩვენ ასევე ვაჩვენეთ ექსპერიმენტული მტკიცებულება, რომ საწყისი ფიბრობლასტების უჯრედული ციკლის სტატუსების შეცვლა შეცვლიდა მიოციტების ახალი ფორმირების შედეგებს."
მისმა გუნდმა აღმოაჩინა, რომ ფიბრობლასტების ქვეპოპულაციების მოლეკულური მახასიათებლები განსხვავებულად თრგუნავენ რეპროგრამირების დროს, რაც ვარაუდობს, რომ რეპროგრამირებადი უჯრედების მგრძნობელობა განსხვავებულია.
საინტერესოა, რომ ეს მგრძნობელობა ემთხვევა კარდიომიოციტების დიფერენციაციის დროს გულის განვითარების დროს. შუალედური პოპულაციების ხელმოწერები, რომლებიც, როგორც ჩანს, უფრო ადრე ჩნდება გულის განვითარებაში, უფრო მდგრადია ცვლილებების მიმართ. ეს იმაზე მეტყველებს, რომ უჯრედების ბოლოდროინდელი ეპიგენეტიკური მოგონებები შეიძლება უფრო ადვილად წაიშალოს და, შესაბამისად, ფიბრობლასტების ქვეპოპულაციები ასეთი ეპიგენეტიკური მახასიათებლებით უფრო ადვილად გარდაიქმნება კარდიომიოციტებად.
"ეპიგენეტიკური მეხსიერების მანიპულირება - არა მხოლოდ მათი ამჟამინდელი ეპიგენეტიკური სტატუსის შეცვლა - შეიძლება გადამწყვეტი იყოს უჯრედის ბედის თერაპიული მნიშვნელობის შესაცვლელად", - თქვა ციანმა.
გლობალური გენის ექსპრესიის ცვლილებების შემდგომი ანალიზით რეპროგრამირების დროს, მკვლევარებმა დაადგინეს mRNA დამუშავებასა და შერწყმაში ჩართული ფაქტორების მოულოდნელი დაქვეითება.
"ეს ჩვენთვის დიდი სიურპრიზია", - თქვა ქიანმა. „ჩვენ აღმოვაჩინეთ, რომ ზოგიერთი ძირითადი უჯრედის მექანიზმი მკვეთრად შეიცვალა, მაგალითად, ცილების წარმოების, ტრანსპორტირებისა და დეგრადაციის მექანიზმები, და როგორც ჩვენ დეტალურად ვადასტურებთ - mRNA შერწყმის მექანიზმი.“
გუნდმა განაგრძო საუკეთესო კანდიდატის დეტალური ფუნქციონალური ანალიზი - სპლაისინგის ფაქტორი სახელწოდებით Ptbp1. მტკიცებულებები ვარაუდობენ, რომ ეს არის კრიტიკული ბარიერი ფიბრობლასტებში კარდიომიოციტების სპეციფიური შერწყმის ნიმუშების შესაძენად. Qian-ის კვლევამ აჩვენა, რომ Ptbp1-ის დაქვეითება ხელს უწყობს მეტი iCM-ების ფორმირებას.
"ჩვენი მექანიკური კვლევების შედეგად მიღებული ახალი ცოდნა იმის შესახებ, თუ როგორ არეგულირებს ერთი შერწყმის ფაქტორი ფიბრობლასტიდან კარდიომიოციტად გარდაქმნას, ნამდვილად ბონუსია ჩვენთვის," განაგრძო კიანმა. "ამ მიდგომის მიუკერძოებელი ბუნების გარეშე, ჩვენ ვერ მივიღებთ ასეთ ახალ, ღირებულ ინფორმაციას რეპროგრამირების პროცესის შესახებ. და ეს არის ჩვენი პლატფორმის სილამაზე."
დამატებითმა რაოდენობრივმა ანალიზმა გამოავლინა ძლიერი კორელაცია ყოველი გადაპროგრამირების ფაქტორის გამოხატვასა და ცალკეული უჯრედების პროგრესს შორის რეპროგრამირების პროცესში და გამოიწვია ახალი ზედაპირული მარკერების აღმოჩენა iCM-ების გამდიდრებისთვის.
Qian-მა თქვა, "მე მჯერა, რომ ამ ნაშრომში ინტერდისციპლინარული მიდგომები ძალიან ძლიერია. ისინი დაგვეხმარნენ ადრე ამოუცნობი ფუნქციების ან მექანიზმების იდენტიფიცირებაში, ასევე უკეთ გავიგოთ უჯრედის ბუნება და დაავადების პროგრესირება. საბოლოო ჯამში, ამ მიდგომამ შეიძლება სარგებელს მოუტანოს არა მხოლოდ გულის დაავადებების მქონე პაციენტებს, არამედ კიბოს, დიაბეტის, ნევროლოგიური დაავადებების და სხვა პირობების მქონე პაციენტებს.
