من الشائع الافتراض أن التمايز - العملية التي من خلالها يطابق المشترون تخصصهم الفريد - هو "طريق ذو اتجاه واحد". دراسة جديدة أجراها البروفيسور دوف تسيبوري من معهد وايزمان للعلوم تثير احتمال أنه في حالات قليلة قد "تتحرك الخلايا إلى الوراء" في مسار التمايز، وتعود إلى المراحل السابقة.
تتمايز الخلايا الجذعية الجنينية إلى جميع أنواع الخلايا في الجسم. في المقابل، فإن الخلايا الجذعية المحدودة نسبيًا لدى الشخص البالغ تقوم بتنمية مجموعة متنوعة من الخلايا البالغة المتخصصة التي تنتمي إلى نسيج معين. ومع ذلك، بالنسبة لجميع الخلايا الجذعية، هناك عقيدة موحدة: فمن الشائع افتراض أن التمايز - العملية التي يقوم من خلالها المستحوذون بتكييف تخصصهم الفريد - هو "طريق ذو اتجاه واحد". دراسة جديدة أجراها البروفيسور دوف تسيبوري من معهد وايزمان للعلوم تثير احتمال أنه في حالات قليلة قد "تتحرك الخلايا إلى الوراء" في مسار التمايز، وتعود إلى المراحل السابقة.
في مختبره بقسم البيولوجيا الجزيئية للخلية، يقوم البروفيسور بيردز بإجراء أبحاث على الخلايا الجذعية الوسيطة. على عكس الأنواع الأخرى من الخلايا الجذعية، التي توجد في مواقع محددة، فإن الخلايا الوسيطة منتشرة في جميع أنحاء الجسم. وتتميز بالقدرة على التمايز إلى ثلاثة أنواع من الأنسجة: العظام والغضاريف والدهون - وهو نوع من "المثلث الذهبي". وفقًا للسيناريو المقبول أحادي الاتجاه، قد تنقسم الخلية الجذعية الوسيطة بشكل متماثل، مما يؤدي إلى تكوين خليتين جذعيتين متطابقتين، أو بشكل غير متماثل، حيث تتشكل خلية واحدة تحتفظ بخصائص الخلية الجذعية، وخلية أخرى تبدأ عملية التمايز. . وبعد ذلك، خلال عدة دورات انقسام، تستمر الأجيال التالية من الخلايا في التمايز تدريجيًا، حتى يتم تشكيل خلايا متخصصة ناضجة. خلال المراحل المتوسطة، تفقد الخلايا تدريجيًا قدرتها على التخصص: في كل دورة انقسام، يتناقص تنوع الأنسجة ونوع الخلايا التي يمكنها تكوينها.
وقد تم قبول هذا النموذج - الذي يتضمن أيضًا فكرة "المثلث الذهبي" - بشكل أساسي بفضل مقال علمي نشر عام 1999. وقد تم وضع الخلايا الجذعية الوسيطة في أعلى المثلث، فهي قادرة على إنتاج الخلايا الجذعية الثلاثة. مناديل. معظم دراسات المتابعة التي أجريت على هذه الخلايا، وفي الخلايا الجذعية الأخرى، كانت مبنية على ذلك. ومع ذلك، حتى ذلك الحين، تساءل البروفيسور تسيبوري عما إذا كانت هذه النتائج تعكس بدقة ما يحدث في الجسم. أولاً، كشفت التجارب التي أجريت على ذباب الفاكهة عن دليل على أن بعض الخلايا الناضجة في الجهاز التناسلي يمكن أن "تتراجع" إلى حالة الخلية الجذعية. ثانيًا، أظهرت دراساته على الخلايا الوسيطة أن هذه الخلايا تظهر سلوكًا أقل انتظامًا من ذلك الموصوف في النموذج أحادي الاتجاه. بالفعل في منتصف الثمانينات من القرن العشرين، لاحظ البروفيسور تسيبوري أنه عندما تتغير الظروف البيئية للخلايا قليلاً، فإن بعض الخلايا المفرزة تفقد خصائصها الناضجة، وتعود إلى حالة تبدو وكأنها غير مصنفة.
في عام 2004، في مقال نشر في المجلة العلمية Nature Review Genetics، اقترح البروفيسور تسيفوري منهجًا فكريًا يعتمد على فكرة "حالة العرق"، أو "العنصرية"، أي حالة ذات إمكانات تمايز عالية يمكن فيها يمكن لأي خلية تقريبًا أن تدخل في أي وقت، وفي ظل ظروف معينة، وهذا بالمقارنة مع فكرة وجود "خلية جذعية"، وهي فئة مطلقة. إذا كان الأمر كذلك، فإن صفة "العنصرية" هي حالة السيولة التي قد تدخلها الخلية وتخرج منها. بالإضافة إلى ذلك، أثار البروفيسور تسيبوري إمكانية حدوث مثل هذا النشاط تلقائيًا في الجسم. وأشار إلى أن ظهور خلايا جذعية جديدة في الجسم البالغ قد يكون في الواقع راجعا إلى أن الخلايا البالغة استعادت خاصية "العرق"، وليس فقط انقسام الخلايا الجذعية.
نموذج "المثلث الذهبي" (أعلاه) مقابل نموذج "الوضع العنصري" المقترح. وفقا لنموذج المثلث الذهبي، تنقسم الخلية الجذعية الوسيطة بشكل غير متماثل، وبعد عدة دورات من الانقسام يتم تشكيل ثلاثة أنواع من الخلايا: العظام والغضاريف والدهون. وفقًا لنموذج "حالة السباق"، والذي بموجبه يمكن للخلية أن تتحرك للأمام - ولكن أيضًا للخلف - بين حالات التمايز المختلفة
وبعد عامين فقط، تعززت فكرة "العرق"، عندما نجح العلماء اليابانيون في إعطاء هذه الخاصية للخلايا الناضجة، التي تم إعادتها إلى الحالة الخلوية الأكثر بدائية - على غرار الخلايا الجذعية الجنينية. تتم هذه العملية عن طريق غرس التعبير عن برنامج وراثي معين في الخلايا بشكل مصطنع. ومع ذلك، فإن معظم العلماء لم يعتقدوا أن هذه العملية يمكن أن تحدث في الجسم بشكل عفوي.
في الدراسة الحالية، التي نُشرت مؤخرًا في المجلة العلمية Stem Cell، أراد البروفيسور تسيبوري وأعضاء مجموعته اختبار درجة صلابة مسار تمايز الخلايا الوسيطة: هل الوصف المقبول، والذي يتضمن سلسلة غير مرنة من الأحداث، تعكس بشكل صحيح ما يحدث في الواقع؟ قام فريق العلماء بعزل الخلايا الوسيطة من فأر، وقاموا بتنميتها في المختبر، وقاموا بتحليل عملية التمايز والانقسام باستخدام أساليب تتبع الخلية الواحدة الحديثة. بدأ البحث قبل خمس سنوات على يد طالب البحث (آنذاك) الدكتور عوفر شوشاني، وبعد ذلك انضم إليه أعضاء آخرون في المجموعة، منهم الدكتور أورلي رافيد، حسن مصالحة، إيلا أهارونوف، يوسي عوفاديا، والدكتور ميراف. بيفزنر-فيشر، والدكتورة دينا ليشكويتز من وحدة المعلوماتية الحيوية بالمعهد.
وتمكن العلماء من التقاط الخلايا الوسيطة في المراحل المتوسطة من التمايز. وفقًا للنموذج التقليدي، كان من المتوقع أن يُظهر كل جيل من الخلايا انخفاضًا تدريجيًا في إمكانات التمايز. ومع ذلك، كانت النتائج مختلفة: فقد فقدت بعض الخلايا درجة معينة من إمكاناتها - على سبيل المثال، القدرة على التمايز إلى واحد من الأنسجة الثلاثة، ولكن إخوتها، أو أبناء عمومتها، استعادوا هذه القدرة في نقاط زمنية مختلفة. ولم تكن الصورة الناتجة عبارة عن شارع مستقيم ذي اتجاه واحد، بل كانت عبارة عن مسار أكثر تعقيدًا، حيث يمكن للخلايا أن تنتقل من حالة إلى أخرى ثم تعود مرة أخرى. على الرغم من أن العلماء اختبروا إمكانية التمايز إلى أحد أنسجة "المثلث الذهبي" الثلاثة - الدهون أو العظام أو الغضاريف - إلا أنهم لاحظوا علامات على أن الخلايا الوسيطة تكتسب القدرة على التمايز إلى أنسجة أخرى، مثل الخلايا البطانية أو الشبيهة بالظهارية.
ووفقا للبروفيسور تسيبوري، فمن الممكن أن تكون هذه الخلايا قد استعادت درجات عالية من إمكانات التمايز التي فقدتها في الماضي، وهذا لأنها كانت تحت الضغط - في هذه الحالة، تم إزالتها من بيئتها الطبيعية في جسم الفأر ونقلها إلى أنبوب الاختبار. يتوافق هذا الافتراض مع ملاحظة أخرى للعلماء: تميل الخلايا إلى العودة إلى حالة "العرق" بشكل أقل عندما تنمو في بيئة فقيرة بالأكسجين. انخفاض مستويات الأكسجين هو ما يميز الوضع السائد في البيئة المباشرة للخلايا الجذعية للجسم بشكل طبيعي، بينما يرتبط ارتفاع مستويات الأكسجين بالمواقف العصيبة، مثل الإصابة. في ضوء النتائج، يعتقد البروفيسور تسيبوري أن الخلايا الوسيطة "تقفز" إلى حالة ذات إمكانات تمايز أعلى في حالات مثل تلف الأنسجة، عندما تكون هناك حاجة إلى أنواع عديدة من الخلايا الجديدة بسرعة.
البروفيسور تسيبوري: "تظهر النتائج التي توصلنا إليها أن الخلايا الوسيطة ذات إمكانات التمايز المنخفضة هي في الواقع خلايا وسيطة، والتي، بسبب إزالتها من بيئتها الطبيعية، تعرضت لحالة من التوتر، وبالتالي قفزت مرة أخرى إلى" حالة العرق ". . ولهذا السبب، فإن استخدام الطريقة المقبولة لتعريف "العرق"، على أساس استنساخ الخلايا الجذعية، قد يكون مضللاً. لقد استندت الكثير من الأبحاث إلى النموذج أحادي الاتجاه في السنوات الخمس عشرة الماضية، لكن النتائج التي توصلنا إليها تظهر أنه يتعين علينا إعادة التفكير حتى في أبسط الافتراضات المتعلقة بطرق تجديد مخزون الخلايا الجذعية في أجسامنا.
