إن فهم الآلية التي تنسق إعادة نمو بنية معقدة مثل الزعنفة بين خلايا الأسماك قد يساعد العلماء على فهم عملية التجديد بشكل عام، وبالتالي توفير أدلة من شأنها أن تساعد في تطوير أساليب الشفاء السريرية مثل تجديد خلايا عضلة القلب الأنسجة بعد حدث القلب
الزعنفة الذيلية لسمك الزرد بعد يوم واحد من بترها (الجانب الأيسر) وبعد 10 أيام من البتر (الجانب الأيمن) - تتجدد الزعنفة الذيلية وتنمو مرة أخرى.
يمكن للزعنفة الذيلية المفقودة أن تبطئ حركة سمك الزرد كثيرًا - لمدة أسبوع على الأقل، حتى تنمو زعنفة جديدة. لقد أظهر العلماء الآن أنهم يستطيعون "تشغيل" أو "إيقاف" آلية التجديد هذه في أسماك الزرد بضغطة زر جزيئية. إن فهم الآلية التي تنسق إعادة نمو بنية معقدة مثل الزعنفة بين خلايا الأسماك قد يساعد العلماء على فهم عملية التجديد بشكل عام، وبالتالي توفير أدلة من شأنها أن تساعد في تطوير طرق الشفاء السريرية مثل التجديد، على سبيل المثال. من أنسجة خلايا عضلة القلب بعد حدث القلب.
التجديد هو قدرة كائنات معينة على إعادة نمو أجزاء الجسم المعقدة والأنسجة والأعضاء الكاملة بعد بترها وحتى تكوين كائن حي كامل من عضو أو نسيج معين. والمعنى هنا هو التكرار التام سواء من حيث بنية الأنسجة أو وظيفتها. وظاهرة التجدد معروفة بشكل رئيسي في النباتات، ولكن هذه الظاهرة موجودة أيضا في الحيوانات، على سبيل المثال في البرمائيات. ومع ذلك، أثناء التطور، اختفت القدرة المعجزة على التجدد تدريجياً. في الثدييات، بما في ذلك البشر، القدرة على التجدد محدودة للغاية. في الإنسان هناك أنسجة لا تتجدد وفي البعض الآخر هناك تجديد جزئي، تجديد تعويضي - عملية تضخم أو تضخم يحاول تعويض الفقد الذي يتضمن عمليتين، الأولى هي محاولة الأنسجة للتجدد ولكن مع هذه المحاولة تتم العملية الثانية وهي استثمار الأنسجة الليفية في الأماكن التي لم يكن فيها التجديد سليمًا - تكوين أنسجة ندبية.
ويدعي الباحثون أن النتائج التي توصلوا إليها لن تؤدي فقط إلى تقدم الأبحاث المتعلقة بتجديد الأنسجة والأعضاء، ولكن النتائج التي توصلوا إليها يمكن أن تؤدي أيضًا إلى تحسين طرق العلاج في مجال زرع نخاع العظم لاستعادة نظام المكونة للدم لدى مرضى السرطان.
نُشرت نتائج الباحثين في 22.12.06 في المجلة الإلكترونية Development ePress وفي مجلة Development. الباحث الرئيسي هو باحث نيابة عن معهد هوارد هيوز الطبي، وراندال مون، من معهد الخلايا الجذعية بجامعة واشنطن، والباحثون المركزيون الآخرون هم كريستي ستويك كوبر وجيلبرت وينجر، الذين صمموا وأجروا التجارب في مون. معمل.
استخدم الباحثون تجديد الزعنفة الذيلية في سمك الزرد كنظام نموذجي. اكتشفوا أن هناك مسارًا رئيسيًا للإشارات الخلوية، يسمى مسار Wnt/؟-catenin. يعد هذا المسار أساسيًا لتفعيل آلية معقدة للغاية لتجديد الأعضاء. ويلعب هذا المسار أيضًا دورًا مركزيًا في تنظيم الخلايا الجذعية في مراحل التطور الجنيني وفي الحفاظ على الأنسجة البالغة. وقد ثبت أن الفشل في هذا المسار يؤدي إلى الإصابة بالسرطان بالإضافة إلى الأمراض المرتبطة بكثافة العظام والأمراض التنكسية العصبية.
يتكون مسار Wnt/?-catenin من مجموعة كبيرة من البروتينات التي يتم تنشيطها عندما يرتبط جزيء إشارة Wnt بمستقبلات المسار الموجودة على سطح الخلية. يؤدي هذا التنشيط إلى زيادة مستويات الكاتينين، الذي يعمل كمنظم فائق لجينات متعددة، والذي يصل إلى نواة الخلية ويدمرها هناك.
ووجد الباحثون أيضًا أن بروتينًا آخر مرتبطًا ببروتين Wnt، يُدعى wnt5b، يمنع عملية التجدد. يتحكم Wnt5b في آلية إشارات مستقلة عن ?-catenin-. ومن ثم، يمكن لبروتينات Wnt تنشيط أكثر من مسار إشارات واحد، وتشارك هذه المسارات في عملية التجديد، ولكن بأدوار معاكسة.
يقول مون: "في الماضي، كان من المعروف أن المكونات المختلفة لمسار Wnt يتم التعبير عنها أثناء عملية التجديد، ولكن لم يدرس أحد بعمق ما إذا كانت المسارات قد تم تنشيطها بالفعل أم لا". "ولم يفرق أحد بين الطريقين، ويختبر آثار كل منهما على حدة".
في تجاربهما، تلاعب ستويك كوبر وويندينجر وراثيًا بمسار Wnt/؟-catenin في الأسماك وقاما بقياس مدى تأثير هذا التلاعب على قدرة الأسماك على إعادة نمو زعنفة الذيل المقطوعة.
لقد استخدموا جين "مراسل" متألق، والذي كشف عن تنشيط مسار Wnt/؟-catenin عن طريق التوهج مثل اليراع. وباستخدام الجين المذكور، تمكن الباحثون من إظهار أن المسار تم تنشيطه أثناء التجديد، فقط في منطقة الجسم التي حدث فيها التجديد. وبالمثل، رأوا أن المسار يتم تنشيطه أثناء تجديد القلب في أسماك الزرد وكبد الفأر. في ضوء هذه النتائج، من الممكن أن يعمل مسار Wnt/؟-catenin في عمليات التجديد في أنواع مختلفة من المخلوقات وهو آلية محفوظة في التطور. وفي وقت لاحق، وجد الباحثون أن المسار يتم تنشيطه أيضًا أثناء إنشاء خلايا غير متمايزة ازدهرت أثناء تجديد خلايا الزعنفة الذيلية.
وكانت الخطوة التالية في البحث هي إنشاء سمكة معدلة وراثيا يمكن فيها "إيقاف" مسار Wnt/؟-catenin عن طريق تعريض السمكة للماء الساخن. وعندما حدث ذلك، وجد الباحثون أن عملية التجدد قد تم حظرها تمامًا. وكانوا أيضًا قادرين على زيادة معدل التجديد عن طريق زيادة إشارة Wnt/؟-catenin. يؤكد الباحثون على أن هذه النتيجة هي نتيجة مهمة فيما يتعلق بمجال الأبحاث المتطورة في الطب التجديدي، حيث تكون وسيلة تشجيع التجديد أداة قيمة للغاية.
وعلى العكس من ذلك، عندما قاموا بهندسة سمكة وراثيا بحيث يتم تنشيط الجين wnt5b استجابة للماء الساخن، تأخر عملية التجدد. والعكس صحيح في الأسماك التي لديها طفرة في جين wnt5b، حيث وجد أن عملية التجدد تزداد. يقول مون إن هذه النتيجة متوقعة، نظرًا لأن فقدان المثبط الوظيفي يؤدي إلى نتيجة سلبية مزدوجة، مما يعني تسريع عملية التجدد.
يقول مون: "تظهر هذه التجارب أن هناك آلية جديدة وغير متوقعة على الإطلاق تتحول إلى عملية التجديد". "كانت هناك دراسات أخرى أشارت إلى أن الجينات الشبيهة بـ wnt5b يمكن أن تمنع مسار Wnt/؟-catenin، لكن لم تختبر أي منها ما إذا كان هذا العداء يحدث في سياق عملية التجديد الطبيعية."
ويقول: "تثبت تجارب كريستي وجيلبرت بدقة، من خلال النهج الجيني، أن مسارات Wnt مهمة وفعالة في عملية التجديد". "وأكثر من ذلك، فقد أظهروا أنه عند دراسة الإصابات أو الالتهابات في أي سياق، يجب على الباحثين التحقق مما إذا كانت إشارات Wnt متورطة أيضًا في هذه العمليات. تشير التجارب الموصوفة هنا إلى أن إشارات Wnt هي عنصر عالمي في مسارات التجديد لدى الحيوانات."
ووفقا لمون، فإن النتائج التي توصل إليها ستويك-كوبر وايدنجر سيكون لها آثار سريرية فيما يتعلق بتجديد الأنسجة، فضلا عن تشجيع نمو الخلايا الجذعية. الخلايا الجذعية ليست خلايا ناضجة، ولكنها خلايا لم تخضع بعد للتمايز وتكون قادرة على النضج والنضج إلى مجموعة واسعة من أنواع الخلايا.
يقول: "تلعب إشارات Wnt/؟-catenin دورًا إيجابيًا مهمًا في تمايز الخلايا والخلايا اللازمة للتجديد". "وهذا يتوافق مع نتائج الدراسات السابقة التي أجراها مختبرنا، والتي أظهرنا فيها على الحيوانات أن تنشيط هذه المسارات يزيد من نجاح عمليات زرع الخلايا الجذعية المكونة للدم والتي تشتق منها خلايا الدم المختلفة. تعتبر مثل هذه الغرسات في مرضى السرطان، الذين تم تدمير جهاز المناعة لديهم بسبب الإشعاع أو العلاج الكيميائي، ضرورية للشفاء؛ وأحيانًا تفشل لأن الخلايا المزروعة لا يتم امتصاصها في نخاع العظم. ونحن نعتقد أن تضخيم وتقوية مسار Wnt/؟-catenin سيزيد من معدل نجاح عمليات زرع الخلايا الجذعية المكونة للدم في النخاع العظمي للمرضى".
وفي دراسات سريرية أخرى، يقوم مون وزملاؤه باختبار ما إذا كان تنشيط مسار Wnt/؟-catenin يمكن أيضًا أن يزيد من تمايز الخلايا الجذعية الجنينية إلى خلايا عضلة القلب، والتي يمكن استخدامها لاحقًا في أمراض القلب المختلفة.
يقوم مون وزملاؤه أيضًا بالتحقيق في كيفية استجابة أنواع لا حصر لها من الخلايا المشاركة في الاستجابة التجددية لإشارات تنشيط Wnt، وبالإضافة إلى ذلك، كيف تتمكن الإصابة من "تشغيل" إشارات Wnt/؟-catenin. ويعتقد الباحثون أن إشارات Wnt ستظهر كهدف علاجي في مجال الطب التجديدي في المستقبل.
للحصول على معلومات على الموقع الإلكتروني لمعهد هوارد هيوز الطبي
