إن الفرق بين الخلايا الناضجة والمتميزة والخلايا الجذعية يعتمد على المبدأ المسؤول عن الاختلافات بين جميع خلايا الجسم: على الرغم من أنها تحتوي على نفس الجينات تمامًا.
لا يزال السفر عبر الزمن خيالًا علميًا، لكن قبل بضع سنوات تمكن فريق من العلماء اليابانيين من تحريك الخلايا عبر نوع من "السفر عبر الزمن التنموي". أخذ الباحثون خلايا ناضجة ومفرزة وحولوها إلى خلايا جذعية، وهي خلايا لم تمر بعد بعملية "التخصص"، وبالتالي فهي تحمل القدرة على التحول إلى أي خلية من خلايا الجسم. إن اكتشافهم - أنه من الممكن "إعادة برمجة" الخلايا البالغة وتحويلها إلى "خلايا جذعية مستحثة" عن طريق إدخال أربعة جينات فقط - فتح الباب أمام استخدام الخلايا الجذعية المستحثة لغرض علاج الأمراض الوراثية وترميم الخلايا التالفة و الأنسجة، مع "التحايل" على المشاكل الأخلاقية والفنية المرتبطة باستخدام الخلايا الجذعية الجنينية، والتي تنشأ من البويضات المخصبة. لكن على الرغم من هذا الاختراق، فإن معدلات نجاح إعادة البرمجة منخفضة للغاية.
يقول الدكتور يعقوب حنا من قسم الوراثة الجزيئية في المعهد: "إن عملية إعادة البرمجة هي في الواقع صندوق أسود". "نقوم بإدخال أربعة جينات في الخلايا، وننتظر أسبوعين، وفي أفضل الأحوال نحصل على خلايا جذعية. ما زلنا لا نعرف بالضبط ما يحدث داخل الخلية." وتلقي دراسة أجراها الدكتور حنا، ونشرت مؤخرا في مجلة نيتشر، بعض الضوء على الصندوق الأسود. ويكشف البحث عن دور الإنزيم الرئيسي الذي يتيح تفعيل "البرنامج الجيني" الذي يخلق الخلايا الجذعية المستحثة (iPSC).
يعتمد الفرق بين الخلايا الناضجة والمفرزة والخلايا الجذعية على المبدأ المسؤول عن الاختلافات بين جميع خلايا الجسم: على الرغم من أنها تحتوي على نفس الجينات تمامًا، إلا أن الخلايا تختلف في الدرجة والطريقة والتوقيت الذي تتواجد فيه هذه الجينات. معبر عنها - أي أنها تصبح بروتينًا. تنشأ الاختلافات في التعبير من الطريقة التي يتم بها تعبئة المادة الوراثية: في كل خلية، اعتمادًا على نوعها ووظيفتها، تنكشف جينات معينة - وبالتالي يمكن التعبير عنها، في حين يتم تعبئة جينات أخرى بشكل جيد، ويتم تخزينها بشكل جيد. غير مستعمل. أثناء إعادة البرمجة، يتم إجراء تغيير كامل في تعبئة المادة الوراثية: يتم تعبئة وإسكات جينات معينة، ويتم كشف جينات أخرى.
ولمعرفة كيفية حدوث تغييرات التغليف، قام فريق العلماء، الذي ضم الباحث المشارك الدكتورة نوا نوفيرستيرن، وباحث ما بعد الدكتوراه الدكتور عبد الفتاح منصور، وأوهاد جافني الذي يجري مشروعًا بحثيًا في المختبر، بإنشاء عشوائي الطفرات في الخلايا، وإدخال الجينات الأربعة المسؤولة فيها لإعادة البرمجة. وتم بعد ذلك فحص الخلايا التي فشلت فيها العملية، بهدف تحديد الطفرة المسؤولة عن الفشل. وبهذه الطريقة تمكنوا من اكتشاف إنزيم يعد نشاطه ضروريًا لإعادة تعبئة المادة الوراثية. يتم تنشيط الإنزيم المسمى Utx بواسطة الجينات الأربعة التي يتم إدخالها في الخلية، ويعمل معها. معًا، يفتحون جزيئات الحمض النووي، ويكشفون عن مئات جينات البرنامج الجنيني الخلوي، ويمكّنون من التعبير عنها - وهذا على الرغم من حقيقة أن هذه الجينات في الخلية البالغة الطبيعية تكون مرصوصة بإحكام ومسكتة.
من الواضح أن إنزيم Utx لم يتم إنشاؤه فقط حتى يتمكن العلماء في يوم من الأيام من إنتاج خلايا جذعية مستحثة. ولاكتشاف وظيفته الطبيعية، قام العلماء بإنشاء فئران معدلة وراثيا، والتي لا تنتج الإنزيم. ولدهشتهم، كانت هذه الفئران عقيمة. لاحقًا، تم اكتشاف سبب العقم: حيث تبين أن إنزيم Utx ضروري لتكوين الخلايا الجنسية، أي خلايا الحيوانات المنوية أو خلايا البويضات، في الجنين النامي. وفقا للدكتورة هناء، فإن هذه النتيجة ليست مفاجئة للغاية، لأنه حتى في هذه الحالة فهي نوع من رحلة النمو إلى الماضي: "في مرحلة معينة من التطور، بعض الخلايا الجنينية، التي خضعت بالفعل لعدة أيام من التمايز، يجب أن "تتراجع" عن تطورها، وتصبح خلايا جذعية - خلايا جنسية إن البرنامج الجيني لهذه الخلايا الجرثومية يشبه إلى حد كبير برنامج الخلايا الجذعية المستحثة، وفي كلتا الحالتين فإن إنزيم Utx هو الذي يمهد الطريق لهذا الانحدار التنموي." ولهذا السبب، قد تكون نتائج البحث أيضًا ذات صلة بفهم وعلاج مشاكل الخصوبة.
إن الدراسة التفصيلية لعملية إعادة البرمجة، مع تحديد النقاط الرئيسية، والأماكن المعرضة للاضطرابات، ستجعل من الممكن تحسين معدلات النجاح، وإنتاج خلايا جذعية أفضل - وبالتالي تعزيز استخدام الخلايا الجذعية المستحثة لمجموعة متنوعة من الأغراض الطبية. والأغراض البحثية. بالإضافة إلى ذلك، فإنه سيفتح نافذة لفهم عمليات التطوير المبكرة. د. هناء: "في هذه الدراسة، تمكنا من تحديد موقع اتصال تنموي مهم ومحدد، وهو واحد من العديد من الوصلات التي تتشكل فيها الأمشاج. إن التغيرات التي تطرأ على الجنين، خاصة في المراحل الأولى من النمو، تكون سريعة ودراماتيكية، ومن الصعب جداً دراستها، لأن نافذة الفرصة قصيرة جداً. ونحن نهدف إلى كسر هذه النوافذ واحدة تلو الأخرى."
