دانشمندان منشا ستون فقرات انسان را کشف کردند

منتشر شده در scitechdaily به تاریخ ۲۸ آوریل، ۲۰۲۲
لینک منبع: Scientists Unravel the Origins of the Human Spine

دانشمندان در EMBL بارسلونا برای اولین بار در آزمایشگاه در مورد اینکه چگونه ساختارهای سلولی که منجر به شکل‌گیری ستون فقرات ما می‌شوند، به طور متوالی رشد می‌کنند، مجدداً بررسی کردند.

در تمام مهره‌داران، ستون فقرات عنصر پشتیبان اصلی اسکلت است. ستون فقرات نه‌ تنها به‌عنوان مکانی برای ماهیچه‌های متصل‌شونده عمل می‌کند بلکه از نخاع و ریشه‌های عصبی نیز محافظت می‌کند. اختلالات ارثی نادر به خاطر نقص در رشد آن ایجاد می‌شوند. محققان گروه Ebisuya در آزمایشگاه زیست‌شناسی مولکولی اروپا (EMBL) بارسلونا در حال حاضر یک مدل سه‌بعدی را در شرایط آزمایشگاهی ایجاد کرده‌اند که چگونگی ظاهر شدن ساختارهای پیش‌ساز که در طول تکامل جنینی انسان به فرم ستون فقرات می‌رسند، را شبیه‌سازی می‌کند.

ستون فقرات از ۳۳ مهره تشکیل شده‌است که از جفت ساختارهای اصلی به نام سومیت تشکیل شده‌اند. استخوان‌ها نه تنها مهره‌های ما، بلکه دنده‌ها و ماهیچه‌های اسکلتی ما را نیز به وجود می‌آورند. برای اطمینان از این که این ساختارها به درستی شکل می‌گیرند، تکامل سومیت به شدت تنظیم می‌شود و هر جفت از سومیت‌ها در یک نقطه زمانی متوالی خاص در حال رشد ظاهر می‌شوند. ساعت قطعه‌بندی، مجموعه‌ای از ژن‌ها که امواج نوسانی تولید می‌کنند، این فرآیند را کنترل می‌کنند و هر موج یک جفت جدید از سومیت‌ها را ایجاد می‌کند.

مارینا ساناکی-ماتسومیا، اولین نویسنده این مطالعه که امروز (۲۸ آوریل ۲۰۲۲) در مجله Nature Communications منتشر شد، گفت: «برای اولین بار، توانستیم جفت‌های دوره‌ای از سومیت‌های بالغ انسانی مرتبط با ساعت تقسیم‌بندی را در آزمایشگاه ایجاد کنیم.» با استفاده از این رویکرد، محققان یک مدل سه‌بعدی را در شرایط آزمایشگاهی از تشکیل سومیت انسان که به نام سومیتوژنز نیز شناخته می‌شود، توسعه دادند.

ایجاد یک فرآیند سومیتوژنز قوی

این تیم سلول‌های بنیادی پرتوان القایی انسانی (hiPSC) را در حضور ترکیبی از مولکول‌های سیگنال‌دهنده که تمایز سلولی را القا می‌کنند، کشت دادند. سه روز بعد، سلول‌ها شروع به کشیده شدن کردند و محورهای قدامی (بالا) و خلفی (پایین) را ایجاد کردند. در آن زمان، دانشمندان ماتریژل را به culture mix اضافه کردند. ماتریژل چیزی است که برخی دانشمندان آن را پودر جادویی می‌نامند: یک ترکیب پروتئینی که برای بسیاری از فرآیندهای رشد و نمو حیاتی است. این فرآیند در نهایت منجر به تشکیل سومیتوئیدها -در شرایط آزمایشگاهی معادل با ساختارهای پیش‌ساز سومیت انسان- شد.

برای تست اینکه آیا ساعت تقسیم‌بندی، سومیتوژنز را در این سومیتوئید تنظیم می‌کند یا خیر، محققان الگوهای بیان HES7، ژن اصلی درگیر در این فرآیند را نظارت کردند. آن‌ها شواهد روشنی از نوسانات یافتند، به خصوص زمانی که تکامل جسمی در شرف شروع بود. سومیت‌هایی که تشکیل شدند همچنین نشانگرهای واضحی از اپی‌تلیزاسیون داشتند - مرحله مهمی در بلوغ آن‌ها.

اندازه سومیت مهم است

گروه Ebisuya مطالعه می‌کند که چگونه و چرا ما انسان‌ها با دیگر گونه‌ها در مورد تکامل جنینی متفاوت هستیم. یکی از سیستم‌های مدلی که آن‌ها برای درک تفاوت‌های بین گونه‌ها استفاده می‌کنند، ساعت تقسیم‌بندی است. در سال ۲۰۲۰، گروه آشکار کرد که دوره نوسان ساعت تقسیم‌بندی انسان طولانی‌تر از ساعت تقسیم‌بندی موش است.

مطالعه حاضر همچنین ارتباط بین اندازه سومیت‌ها و ساعت تقسیم‌بندی را نشان می‌دهد. سومیت‌هایی که تولید شدند اندازه ثابتی داشتند که مستقل از تعداد سلول‌های مورد استفاده برای سومیتوئید اولیه بود. اندازه سومیت حتی اگر تعداد اولیه سلول افزایش یابد، افزایش نمی‌یابد. این نشان می‌دهد که سومیت‌ها دارای اندازه خاص گونه‌ای ترجیحی هستند که ممکن است توسط فعل و انفعالات محلی سلول-سلول، ساعت تقسیم‌بندی یا مکانیسم‌های دیگر تعیین شود.

برای مطالعه بیشتر، Miki Ebisuya و گروه او در حال حاضر در حال برنامه‌ریزی برای رشد برخی از گونه‌های مختلف و مقایسه آن‌ها هستند. محققان در حال حاضر بر روی چندین گونه پستانداران، از جمله خرگوش، گاو، و حیوان خانگی کار می‌کنند و یک «باغ‌وحش سلول بنیادی» را در آزمایشگاه برپا می‌کنند.

آقای Ebisuya گفت: «پروژه بعدی ما بر روی ساخت برخی از گونه‌های مختلف، اندازه‌گیری تکثیر سلولی و سرعت مهاجرت سلولی آن‌ها برای تعیین اینکه چگونه و چه چیزی در میان گونه‌ها متفاوت است، تمرکز خواهد کرد.»

این متن با استفاده از ربات ‌ترجمه مقالات پزشکی و سلامت ترجمه شده و به صورت محدود مورد بازبینی انسانی قرار گرفته است.در نتیجه می‌تواند دارای برخی اشکالات ترجمه باشد.

مقالات لینک‌شده در این متن می‌توانند به صورت رایگان با استفاده از مقاله‌خوان ترجمیار به فارسی مطالعه شوند.