رمزگشايي از رشد سلول‌ها
پژوهشگران مرکز پزشکي دانشگاه کلمبيا ابزاري جديد ابداع کرده‌اند که مي‌تواند روش‌هاي ممکن رشد يک سلول را پيش‌بيني کند. اين بازار در زمينه اختصاصي توپولوژي رياضيات ريشه دارد و راه را براي کسب دانش با جزئيات فراوان درمورد چگونگي فرايند نمو سلول‌هاي بنيادي به سلول‌هاي اختصاصي‌شده مي‌گشايد. نتايج اين پژوهش در مجله Nature Biotechnology انعکاس يافته است.
تمام موجودات زندگي را از يک تک‌سلول آغاز مي‌کنند. هم‌زمان با تقسيم سلولي، سلول‌هاي ايجادشده رفته‌رفته در روند تمايز‌يابي به ارگان‌هاي حياتي مانند قلب، استخوان و سلول‌هاي مغزي بدل مي‌گردند. براي يافتن سرنخ‌هايي درباره عوامل داخلي و خارجي که سلول‌ها را در اين مسير سوق مي‌دهد، دانشمندان به مطالعه ملکول‌هاي آر‌ان‌اي (RNA)، واسطه‌هاي بين ماده ژنتيکي و پروتئين‌ها و ساير فرآورده‌هاي تنظيم‌کننده پراهميت، مي‌پردازند.
توالي‌يابي يا رمزگشايي کليدهاي آر‌ان‌اي از يک دسته سلول روش ايده‌آلي نيست، زيرا سلول‌ها اغلب در حالت‌هاي متفاوتي از ديدگاه نمو قرار دارند. براي حل اين مشکل، پژوهشگران روش توالي‌يابي آر‌ان‌اي در يک تک‌سلول را ابداع کرده‌اند. دکتر رائول رابادان، استاديار زيست‌شناسي سيستم‌ها و انفورماتيک زيستي - پزشکي در دانشگاه کلمبيا، مي‌گويد: «اين نوآوري چيزي مشابه ابداع يک ميکروسکوپ جديد است که به ما اجازه مي‌دهد پديده‌هاي بيولوژيکي زيادي را هم‌زمان مورد بررسي قرار دهيم. اگرچه محققان هنوز با مسئله درک ارتباطات بين وضعيت سلول‌هاي مختلف که نيروي پيش‌راننده نمو هستند، درگيرند و اين پديده هنوز به روشني شناخته نشده است.»
توپولوژي؛ کليد معما
براي مطالعه نمو سلولي، دانشمندان از ابزارهاي رياضي براي آناليز حجم گسترده داده‌هاي مرتبط با توالي‌يابي بهره مي‌برند. اين ابزارها بر پايه فرضياتي کار مي‌کنند که نتايج احتمالي را خلاصه‌تر مي‌سازد. دکتر عباس رضوي از پژوهشگران بخش بيوشيمي و فيزيک زيستي دانشگاه کلمبيا شرح مي‌دهد: «به علت پيچيدگي موجود و دخيل در نمو سلولي، مدل‌هايي که بر پايه فرضيات کار مي‌کنند، امکان اکتشافات جديد را محدود مي‌سازند.»
دکتر رضوي به همراه همکارانش به توپولوژي (تخصصي در رياضيات است که روابط فضايي بين سطوح و اشکال را مورد بررسي قرار مي‌دهد) به عنوان راه‌حلي بهتر مي‌نگرند تا ارتباطات بين شرايط مختلف سلولي را با ژن‌هاي فعال در آن حالت خاص روشن شود. نتايج اين بررسي‌ها طراحي الگوريتمي به نام بررسي داده‌هاي توپولوژي تک‌سلول (scTDA) بود. اين الگوريتم توالي‌هاي آر‌ان‌اي سلول‌هاي منفرد را آناليز و مسيرهاي نموي آن‌ها را بازسازي مي‌کند و به اين ترتيب پيشرفت برنامه‌هاي نسخه‌برداري متفاوت در زمان روشن مي‌شود.
محققان از الگوريتم scTDA براي روشن‌سازي مسير نمو سلول‌هاي بنيادي موش که براي تمايز‌يابي به سلول‌هاي عصبي موتور القا يافته بودند، بهره بردند. نقشه به‌درستي مسير احتمالي نمو اين سلول‌ها را که از حالت بنيادي حرکت خود را آغاز مي‌کردند و به سلول‌هاي عصبي مي‌رسيدند، پيش‌بيني مي‌کرد. با نگاه به اين‌که کدام ژن‌ها در مسيرهاي احتمالي نقشه فعال بودند، محققان توانستند پروتئين‌هايي را که در مسير سبب راهنمايي سلول‌ها براي رسيدن به مقصد فرايند نمو نقش‌بازي مي‌کنند، شناسايي کنند. اين متد براي مطالعه مسيرهاي نمو از سلول‌هاي شش و مغز موش و جنين انسان استفاده شد. دکتر تام مانياتيس، استاد بيوشيمي دانشگاه کلمبيا و از همکاران اين پژوهش، مي‌گويد: «ما انتظار داريم با کاربرد اين روش براي روشن‌سازي مسيرهاي نمو به جزئيات زياد‌تري در مسيرهاي تکامل سلولي دست يابيم. اين روش راه را براي آناليز بسيار دقيق و با جزئيات گسترده سلول‌هاي منفرد در مراحل مختلف تمايز‌يابي مي‌گشايد و دانش ما را در مورد سرنوشت بالقوه سلول به صورت عميقي افزايش مي‌دهد. به اين ترتيب ما به تنظيم‌کننده‌هاي حياتي و مسيرهاي انتقالي که هويت سلول را تعيين مي‌کنند، مسلط مي‌شويم.»
با کمک اين روش مي‌توان فناوري‌هايي را توسعه داد که سلول را از مسيرهاي نادرست تکاملي و اشتباه در تمايز‌يابي دور سازد. اين متد براي درک ديناميک و محتواي فرايندهاي پيچيده سلولي که مي‌توانند به سرطاني شدن آن‌ها منجر شود، کمک معناداري مي‌کند.
منبع: مجله دانش بنیان
ارسال به دوستان