उत्परिवर्ती स्टेम सेल विकासाच्या नियमांचे उल्लंघन करतात

कल्पना करा की तुम्ही केक बनवत आहात, पण तुमचे मीठ संपले आहे. गहाळ घटक असूनही, पिठात अजूनही केकच्या पिठासारखे दिसते, म्हणून आपण ते ओव्हनमध्ये चिकटवून ठेवता आणि सामान्य केकच्या अगदी जवळ काहीतरी मिळेल अशी अपेक्षा ठेवून आपली बोटे ओलांडता. त्याऐवजी, तुम्ही पूर्ण शिजवलेले स्टीक शोधण्यासाठी एका तासानंतर परत या.

हे एक व्यावहारिक विनोदासारखे वाटते, परंतु ग्लॅडस्टोन इन्स्टिट्यूटमधील शास्त्रज्ञांनी फक्त एक जनुक काढून टाकल्यावर माउस स्टेम पेशींच्या डिशमध्ये अशा प्रकारचे धक्कादायक परिवर्तन घडले - हृदयाच्या पेशी बनण्यासाठी नियत असलेल्या स्टेम पेशी अचानक मेंदूच्या पेशींसारख्या पूर्ववर्ती सारख्या बनल्या. स्टेम सेल्स प्रौढ पेशींमध्ये कसे बदलतात आणि परिपक्व झाल्यावर त्यांची ओळख कशी टिकवून ठेवतात याबद्दल शास्त्रज्ञांचे संधी निरीक्षण त्यांना काय वाटत होते.

ग्लॅडस्टोन इन्स्टिट्यूट ऑफ कार्डिओव्हस्कुलर डिसीजचे संचालक आणि नवीन अभ्यासाचे वरिष्ठ लेखक बेनॉइट ब्रुन्यु म्हणतात, “पेशी हृदय किंवा मेंदूच्या पेशी बनण्याच्या मार्गावर गेल्यावर ते कसे टिकून राहतात या मूलभूत संकल्पनांना हे खरोखर आव्हान देते.” निसर्ग.

नाही मागे वळून

भ्रूण स्टेम पेशी प्लुरिपोटेंट असतात - त्यांच्याकडे पूर्णतः तयार झालेल्या प्रौढ शरीरातील प्रत्येक प्रकारच्या पेशींमध्ये फरक करण्याची किंवा रूपांतरित करण्याची क्षमता असते. परंतु प्रौढ पेशींच्या प्रकारांना जन्म देण्यासाठी स्टेम पेशींना अनेक पावले उचलावी लागतात. हृदयाच्या पेशी बनण्याच्या त्यांच्या मार्गावर, उदाहरणार्थ, भ्रूण स्टेम पेशी प्रथम मेसोडर्ममध्ये विभक्त होतात, सुरुवातीच्या भ्रूणांमध्ये आढळलेल्या तीन आदिम ऊतकांपैकी एक. पुढे मार्गावर, मेसोडर्म पेशी हाडे, स्नायू, रक्तवाहिन्या आणि हृदयाच्या धडधडणाऱ्या पेशी बनवण्यासाठी शाखा बंद होतात.

हे सर्वमान्यपणे मान्य केले जाते की एकदा सेलने यापैकी एक मार्ग वेगळे करणे सुरू केले की, ते वेगळे भविष्य निवडण्यासाठी मागे फिरू शकत नाही.

“प्रत्येक शास्त्रज्ञ जो सेल फेटबद्दल बोलतो तो वॉडिंग्टन लँडस्केपचे चित्र वापरतो, जे स्की रिसॉर्टसारखे दिसते, ज्यामध्ये वेगवेगळ्या स्की स्लोप वेगवेगळ्या खोऱ्यांमध्ये उतरतात,” ब्रुन्यु म्हणतात, जे विल्यम एच. यंगर चेअर देखील आहेत. ग्लॅडस्टोन येथे हृदय व रक्तवाहिन्यासंबंधी संशोधन आणि UC सॅन फ्रान्सिस्को (UCSF) येथे बालरोगशास्त्राचे प्राध्यापक. "जर सेल खोल दरीत असेल, तर त्याला पूर्णपणे वेगळ्या दरीत जाण्याचा कोणताही मार्ग नाही."

एका दशकापूर्वी, ग्लॅडस्टोन वरिष्ठ अन्वेषक शिन्या यामानाका, MD, PhD, यांनी शोधून काढले की पूर्णपणे भिन्न प्रौढ पेशींना प्रेरित प्लुरिपोटेंट स्टेम पेशींमध्ये पुनर्प्रोग्राम कसे करावे. याने पेशींना दरींमध्ये उडी मारण्याची क्षमता दिली नसली तरी, ते भेदक लँडस्केपच्या शीर्षस्थानी स्की लिफ्टसारखे कार्य करते.

तेव्हापासून, इतर संशोधकांनी शोधून काढले आहे की योग्य रासायनिक संकेतांसह, शेजारच्या स्की ट्रेल्समधील जंगलातून शॉर्टकट सारख्या “डायरेक्ट रीप्रोग्रामिंग” नावाच्या प्रक्रियेद्वारे काही पेशी जवळून संबंधित प्रकारांमध्ये रूपांतरित केल्या जाऊ शकतात. परंतु यापैकी कोणत्याही परिस्थितीत पेशी उत्स्फूर्तपणे भिन्न भिन्नता मार्गांमध्ये उडी मारू शकत नाहीत. विशेषतः, मेसोडर्म पेशी मेंदूच्या पेशी किंवा आतड्याच्या पेशींसारख्या दूरच्या प्रकारांचे अग्रदूत बनू शकत नाहीत.

तरीही, नवीन अभ्यासात, ब्रुनो आणि त्यांचे सहकारी दाखवतात की, त्यांच्या आश्चर्याची गोष्ट म्हणजे, हृदयाच्या पेशींचे पूर्ववर्ती मेंदूच्या पेशींच्या पूर्ववर्तींमध्ये थेट रूपांतरित होऊ शकतात - जर ब्रह्मा नावाचे प्रथिन गहाळ असेल.

एक आश्चर्यकारक निरीक्षण

संशोधक हृदयाच्या पेशींच्या भिन्नतेमध्ये ब्रह्मा या प्रोटीनच्या भूमिकेचा अभ्यास करत होते, कारण त्यांना 2019 मध्ये आढळून आले की ते हृदयाच्या निर्मितीशी संबंधित इतर रेणूंसोबत एकत्र काम करते.

उंदराच्या भ्रूण स्टेम पेशींच्या डिशमध्ये, त्यांनी ब्रम्ह जनुक (ब्रह्मा प्रथिने तयार करणारे) बंद करण्यासाठी CRISPR जीनोम-संपादन पद्धती वापरल्या. आणि त्यांच्या लक्षात आले की पेशी यापुढे सामान्य हृदय पेशींच्या पूर्ववर्तींमध्ये फरक करत नाहीत.

"10 दिवसांच्या फरकानंतर, सामान्य पेशी तालबद्धपणे मारत आहेत; ते स्पष्टपणे हृदयाच्या पेशी आहेत,” स्वेतांसू होटा, पीएचडी, अभ्यासाचे पहिले लेखक आणि ब्रुनो लॅबमधील कर्मचारी वैज्ञानिक म्हणतात. "पण ब्रह्माशिवाय, फक्त अक्रिय पेशींचा समूह होता. मारहाण अजिबात नाही.”

पुढील विश्लेषणानंतर, ब्रुनोच्या टीमला पेशी धडधडत नसण्याचे कारण लक्षात आले कारण ब्रह्मा काढून टाकल्याने केवळ हृदयाच्या पेशींसाठी आवश्यक जीन्स बंद झाली नाही, तर मेंदूच्या पेशींमध्ये आवश्यक जीन्स देखील सक्रिय झाली. हृदयाच्या पूर्ववर्ती पेशी आता मेंदूच्या पूर्ववर्ती पेशी होत्या.

त्यानंतर संशोधकांनी भिन्नतेच्या प्रत्येक पायरीचे अनुसरण केले आणि अनपेक्षितपणे शोधून काढले की या पेशी कधीही प्लुरिपोटेंट स्थितीत परत येत नाहीत. त्याऐवजी, पेशींनी स्टेम सेल मार्गांमध्‍ये पूर्वी कधीही पाहिल्‍यापेक्षा खूप मोठी झेप घेतली.

“आम्ही जे पाहिले ते असे की वॉडिंग्टन लँडस्केपच्या एका खोऱ्यातील एक सेल, योग्य परिस्थितीसह, शिखरावर जाण्यासाठी प्रथम लिफ्ट न घेता वेगळ्या दरीत उडी मारू शकतो,” ब्रुनो म्हणतात.

रोगाचे धडे

प्रयोगशाळेतील डिश आणि संपूर्ण भ्रूणातील पेशींचे वातावरण अगदी वेगळे असले तरी, संशोधकांच्या निरीक्षणांमध्ये पेशींचे आरोग्य आणि रोग याबद्दलचे धडे आहेत. Brm जनुकातील उत्परिवर्तन जन्मजात हृदयविकाराशी आणि मेंदूच्या कार्याचा समावेश असलेल्या सिंड्रोमशी संबंधित आहेत. जनुक अनेक कर्करोगांमध्ये देखील सामील आहे.

"जर ब्रह्मा काढून टाकल्याने मेसोडर्म पेशी (हृदयाच्या पेशींच्या पूर्ववर्ती सारख्या) डिशमधील एक्टोडर्म पेशींमध्ये (मेंदूच्या पेशींच्या पूर्ववर्ती सारख्या) बदलू शकतात, तर कदाचित Brm जनुकातील उत्परिवर्तन काही कर्करोगाच्या पेशींना त्यांच्या अनुवांशिक कार्यक्रमात मोठ्या प्रमाणात बदल करण्याची क्षमता देतात," ब्रुनो म्हणतो.

हे निष्कर्ष मूलभूत संशोधन स्तरावर देखील महत्त्वाचे आहेत, कारण ते हृदयाच्या विफलतेसारख्या रोगाच्या सेटिंगमध्ये पेशी त्यांचे चरित्र कसे बदलू शकतात यावर प्रकाश टाकू शकतात आणि उदाहरणार्थ नवीन हृदय पेशी प्रवृत्त करून पुनर्जन्म उपचार विकसित करतात.

"आमचा अभ्यास आम्हाला हे देखील सांगते की भिन्नता मार्ग आम्ही जे विचार केला त्यापेक्षा कितीतरी जास्त गुंतागुंतीचे आणि नाजूक आहेत," ब्रुनो म्हणतात. "भिन्नतेच्या मार्गांचे चांगले ज्ञान आपल्याला जन्मजात हृदय-आणि इतर-दोष समजून घेण्यास मदत करू शकते, जे अंशतः दोषपूर्ण भिन्नतेमुळे उद्भवतात."