उत्परिवर्ती स्टेम सेल विकास के नियमों की अवहेलना करते हैं

कल्पना कीजिए कि आप एक केक बेक कर रहे हैं, लेकिन आपके पास नमक खत्म हो गया है। गायब सामग्री के साथ भी, बैटर अभी भी केक बैटर जैसा दिखता है, इसलिए आप इसे ओवन में चिपका दें और अपनी उंगलियों को पार करें, यह उम्मीद करते हुए कि एक सामान्य केक के बहुत करीब कुछ खत्म हो जाएगा। इसके बजाय, आप पूरी तरह से पका हुआ स्टेक खोजने के लिए एक घंटे बाद वापस आते हैं।

यह एक व्यावहारिक मजाक की तरह लगता है, लेकिन इस तरह का चौंकाने वाला परिवर्तन वास्तव में माउस स्टेम कोशिकाओं के एक डिश के साथ हुआ जब ग्लैडस्टोन इंस्टीट्यूट्स के वैज्ञानिकों ने केवल एक जीन-स्टेम कोशिकाओं को हटा दिया, जो हृदय कोशिकाएं बनने के लिए नियत थीं, अचानक मस्तिष्क कोशिकाओं के अग्रदूतों के समान थीं। वैज्ञानिकों का मौका अवलोकन बढ़ रहा है कि उन्होंने क्या सोचा था कि वे जानते हैं कि कैसे स्टेम कोशिकाएं वयस्क कोशिकाओं में बदल जाती हैं और परिपक्व होने पर अपनी पहचान बनाए रखती हैं।

ग्लैडस्टोन इंस्टीट्यूट ऑफ कार्डियोवास्कुलर डिजीज के निदेशक और नए अध्ययन के एक वरिष्ठ लेखक बेनोइट ब्रूनो कहते हैं, "यह वास्तव में मौलिक अवधारणाओं को चुनौती देता है कि कोशिकाएं दिल या मस्तिष्क की कोशिकाओं बनने के रास्ते पर कैसे चलती हैं।" प्रकृति।

वापस नहीं बदल

भ्रूणीय स्टेम कोशिकाएं प्लुरिपोटेंट होती हैं - उनमें पूरी तरह से गठित वयस्क शरीर में हर प्रकार की कोशिका में अंतर करने या बदलने की क्षमता होती है। लेकिन स्टेम सेल को वयस्क सेल प्रकारों को जन्म देने के लिए कई कदम उठाने पड़ते हैं। उदाहरण के लिए, हृदय कोशिकाएं बनने के अपने पथ पर, भ्रूणीय स्टेम कोशिकाएं पहले मेसोडर्म में अंतर करती हैं, जो शुरुआती भ्रूणों में पाए जाने वाले तीन आदिम ऊतकों में से एक है। आगे के रास्ते में, मेसोडर्म कोशिकाएं हड्डियों, मांसपेशियों, रक्त वाहिकाओं और धड़कने वाली हृदय कोशिकाओं को बनाने के लिए शाखा करती हैं।

यह आम तौर पर अच्छी तरह से स्वीकार किया जाता है कि एक बार एक सेल ने इनमें से किसी एक पथ को अलग करना शुरू कर दिया है, तो यह एक अलग भाग्य चुनने के लिए नहीं बदल सकता है।

“Pretty much every scientist who talks about cell fate uses a picture of the Waddington landscape, which looks a lot like a ski with different ski slopes descending into steep, separated valleys,” says Bruneau, who is also the William H. Younger Chair in Cardiovascular Research at Gladstone and a professor of pediatrics at UC San Francisco (UCSF). “If a cell is in a deep valley, there’s no way for it to jump across to a completely different valley.”

एक दशक पहले, ग्लैडस्टोन के वरिष्ठ अन्वेषक शिन्या यामानाका, एमडी, पीएचडी, ने खोजा कि पूरी तरह से विभेदित वयस्क कोशिकाओं को प्रेरित प्लुरिपोटेंट स्टेम कोशिकाओं में कैसे पुन: प्रोग्राम किया जाए। हालांकि इसने कोशिकाओं को घाटियों के बीच कूदने की क्षमता नहीं दी, लेकिन इसने स्की लिफ्ट की तरह काम किया जो कि विभेदन परिदृश्य के शीर्ष पर वापस आ गया।

तब से, अन्य शोधकर्ताओं ने पाया है कि सही रासायनिक संकेतों के साथ, कुछ कोशिकाओं को "प्रत्यक्ष रिप्रोग्रामिंग" नामक प्रक्रिया के माध्यम से निकट से संबंधित प्रकारों में परिवर्तित किया जा सकता है - जैसे पड़ोसी स्की ट्रेल्स के बीच जंगल के माध्यम से एक शॉर्टकट। लेकिन इनमें से किसी भी मामले में कोशिकाएं अलग-अलग विभेदन पथों के बीच अनायास कूद नहीं सकतीं। विशेष रूप से, मेसोडर्म कोशिकाएं मस्तिष्क कोशिकाओं या आंत कोशिकाओं जैसे दूर के प्रकार के अग्रदूत नहीं बन सकतीं।

फिर भी, नए अध्ययन में, ब्रूनो और उनके सहयोगियों ने दिखाया कि, उनके आश्चर्य के लिए, हृदय कोशिका अग्रदूत वास्तव में सीधे मस्तिष्क कोशिका अग्रदूतों में बदल सकते हैं-अगर ब्रह्मा नामक प्रोटीन गायब है।

एक आश्चर्यजनक अवलोकन

शोधकर्ता हृदय कोशिकाओं के भेदभाव में प्रोटीन ब्रह्मा की भूमिका का अध्ययन कर रहे थे, क्योंकि उन्होंने 2019 में पाया कि यह हृदय निर्माण से जुड़े अन्य अणुओं के साथ मिलकर काम करता है।

माउस भ्रूणीय स्टेम कोशिकाओं के एक डिश में, उन्होंने जीन ब्रम (जो प्रोटीन ब्रह्मा पैदा करता है) को बंद करने के लिए सीआरआईएसपीआर जीनोम-एडिटिंग दृष्टिकोण का उपयोग किया। और उन्होंने देखा कि कोशिकाएं अब सामान्य हृदय कोशिका के अग्रदूतों में अंतर नहीं कर रही थीं।

“10 दिनों के विभेदन के बाद, सामान्य कोशिकाएं लयबद्ध रूप से धड़क रही हैं; वे स्पष्ट रूप से हृदय की कोशिकाएं हैं, ”स्वेतांसु होता, पीएचडी, अध्ययन के पहले लेखक और ब्रूनो लैब में एक कर्मचारी वैज्ञानिक कहते हैं। "लेकिन ब्रह्मा के बिना, केवल निष्क्रिय कोशिकाओं का एक द्रव्यमान था। कोई पिटाई नहीं।"

आगे के विश्लेषण के बाद, ब्रूनो की टीम ने महसूस किया कि कोशिकाओं के नहीं धड़कने का कारण यह था कि ब्रह्मा को हटाने से न केवल हृदय कोशिकाओं के लिए आवश्यक जीन बंद हो गए, बल्कि मस्तिष्क की कोशिकाओं में आवश्यक सक्रिय जीन भी बंद हो गए। हृदय अग्रदूत कोशिकाएं अब मस्तिष्क अग्रदूत कोशिकाएं थीं।

शोधकर्ताओं ने तब भेदभाव के हर चरण का पालन किया, और अप्रत्याशित रूप से पता चला कि ये कोशिकाएं कभी भी एक प्लुरिपोटेंट अवस्था में नहीं लौटीं। इसके बजाय, कोशिकाओं ने स्टेम सेल पथों के बीच पहले की तुलना में कहीं अधिक बड़ी छलांग लगाई।

ब्रूनो कहते हैं, "हमने जो देखा वह यह है कि वैडिंगटन परिदृश्य की एक घाटी में एक सेल, सही परिस्थितियों के साथ, एक अलग घाटी में कूद सकता है, बिना पहले लिफ्ट के शिखर पर वापस जा सकता है।"

रोग के लिए सबक

जबकि एक लैब डिश में और पूरे भ्रूण में कोशिकाओं का वातावरण काफी भिन्न होता है, शोधकर्ताओं के अवलोकन सेल स्वास्थ्य और बीमारी के बारे में सबक देते हैं। जीन ब्रम में उत्परिवर्तन जन्मजात हृदय रोग और मस्तिष्क के कार्य को शामिल करने वाले सिंड्रोम से जुड़ा हुआ है। जीन कई कैंसर में भी शामिल है।

"यदि ब्रह्मा को हटाने से डिश में मेसोडर्म कोशिकाओं (हृदय कोशिका अग्रदूतों की तरह) को एक्टोडर्म कोशिकाओं (मस्तिष्क कोशिका अग्रदूतों की तरह) में बदल दिया जा सकता है, तो शायद जीन ब्रम में उत्परिवर्तन कुछ कैंसर कोशिकाओं को अपने अनुवांशिक कार्यक्रम को बड़े पैमाने पर बदलने की क्षमता देते हैं।" ब्रूनो कहते हैं।

उन्होंने आगे कहा, निष्कर्ष बुनियादी शोध स्तर पर भी महत्वपूर्ण हैं, क्योंकि वे इस बात पर प्रकाश डाल सकते हैं कि कोशिकाएं हृदय की विफलता जैसे रोग सेटिंग्स में अपने चरित्र को कैसे बदल सकती हैं, और पुनर्योजी उपचार विकसित करने के लिए, उदाहरण के लिए नई हृदय कोशिकाओं को प्रेरित करके।

ब्रूनो कहते हैं, "हमारा अध्ययन हमें यह भी बताता है कि भेदभाव पथ हमारे विचार से कहीं अधिक जटिल और नाजुक हैं।" "भेदभाव के रास्तों का बेहतर ज्ञान हमें जन्मजात हृदय और अन्य दोषों को समझने में भी मदद कर सकता है, जो आंशिक रूप से दोषपूर्ण विभेदन के माध्यम से उत्पन्न होते हैं।"

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