Direct reprogramming of human monocytes generates blue light- and leptin-responsive ipRGC-like neurons

يتكون جسم الإنسان من خلايا لها وظائف محددة، تماماً مثل العمال في مدينة شاسعة. فبعض الخلايا تحمل الأكسجين، وأخرى تحارب العدوى، وبعضها يشكل الأسلاك العصبية للدماغ. لفترة طويلة، اعتقد العلماء أنه بمجرد أن تقرر الخلية وظيفتها، فلا يمكنها التغيير؛ فالخلية الجلدية ستظل دائماً خلية جلدية، والخلية الدموية ستظل دائماً خلية دموية. ومع ذلك، أظهر مجال علمي حديث أن هذه القاعدة يمكن كسرها. فمن خلال إدخال تعليمات محددة إلى الخلية، يمكن للباحثين أحياناً إجبارها على نسيان وظيفتها القديمة وتولي وظيفة جديدة، مثل تحويل خلية جلدية إلى خلية دماغية مثلاً. تُسمى هذه العملية "إعادة البرمجة المباشرة". وهي توفر وسيلة لإنشاء خلايا دماغية خاصة بالمريض دون الحاجة للمرور بمرحلة تصبح فيها الخلية خلية جذعية غير ناضجة وعامة. ومع ذلك، ظل هناك سؤال رئيسي: هل تهم الهوية الأصلية للخلية؟ إذا بدأت بخلية دم مقابل خلية جلد، فهل ستنتهي بنفس النوع من خلايا الدماغ، أم أن المادة الأولية تشكل النتيجة النهائية؟ علاوة على ذلك، هل يمكن للخلايا الدموية، التي تطفو بحرية في الجسم، أن تتحول مباشرة إلى الخلايا العصبية المتخصصة للغاية التي تكتشف الضوء وتساعد في تنظيم دورات النوم لدينا؟

وضع فريق من الباحثين في جامعة ووهان هدفهم للإجابة على هذه الأسماؤل من خلال العمل على الخلايا الوحيدة البشرية (monocytes)، وهي نوع من خلايا الدم البيضاء التي تدور في الجسم. أخذوا هذه الخلايا وأدخلوا عليها مزيجاً من التعليمات الجينية والمركبات الكيميائية الصغيرة. كان الهدف هو معرفة ما إذا كان يمكن دفع هذه الخلايا الدموية لتصبح خلايا عصبية. وجد الفريق أنهم استطاعوا بالفعل تحويل الخلايا الدموية إلى خلايا عصبية وظيفية، والتي أطلقوا عليها اسم (TiN). لم تكن هذه الخلايا الجديدة تبدو كخلايا عصبية فحسب، بل كانت تتصرف مثلها؛ فقد أطلقت إشارات كهربائية، وشكلت اتصالات مع خلايا أخرى، ونضجت بمرور الوقت. ومع ذلك، كان الأمر الأكثر إثارة للدهشة هو نوع الخلايا العصبية التي أصبحت عليها. فلم تتحول الخلايا الدموية إلى خلايا عصبية حركية تتحكم في الحركة، وهو ما لاحظه علماء آخرون سابقاً عند تحويل الخلايا الجلدية إلى خلايا عصبية. بدلاً من ذلك، تحولت الخلايا الدموية إلى خلايا عصبية حسية، وهي خلايا مصممة لاستشعار العالم من حولنا.

ومن بين الخلايا العصبية الجديدة، اكتشف الباحثون نوعاً نادراً وخاصاً جداً: خلايا تعمل كمستشعرات الضوء الداخلية للدماغ. في العين البشرية، توجد خلايا عصبية لا تساعدنا على رؤية الصور ولكنها تكتشف الضوء الأزرق لتخبر الجسم متى يكون الوقت نهاراً أو ليلاً. تُسمى هذه الخلايا "الخلايا العقدية الشبكية حساسة الضوء ذاتياً". وجد الفريق أن الخلايا العصبية المشتقة من الدم يمكنها الاستجابة للضوء الأزرق عن طريق إطلاق إشارات كهربائية، تماماً مثل الخلايا الموجودة في العين. والأمر غير المتوقع بشكل أكبر، هو أن هذه الخلايا نفسها استجابت أيضاً لـ "اللبتين"، وهو هرمون يستخدمه الجسم للإشارة إلى الجوع وإدارة الطاقة. فعندما عرض الباحثون هذه الخلايا العصبية الجديدة على اللبتين، أطلقت نبضات كهربائية. وهذا يشير إلى أن خلايا استشعار الضوء هذه قد تكون قادرة أيضاً على استشعار الحالة الأيضية للجسم. وللتأكد من أن هذا لم يكن مجرد نتاج عرضي في المختبر، نظر الفريق في بيانات من شبكيات بشرية حقيقية ووجدوا أن الخلايا الأصلية الحساسة للضوء في العين تحمل أيضاً التعليمات الخاصة بالكشف عن اللبتين. وهذا يعني أن مستشعرات الضوء في الجسم وإشارات الجوع قد تكون مرتبطة بطريقة لم تكن معروفة سابقاً.

كما كشفت الدراسة أن الخلية الأصلية تهم بشكل هائل. فعندما استخدم الباحثون نفس التعليمات بالضبط لتحويل الخلايا الجلدية البشرية إلى خلايا عصبية، كانت النتيجة مختلفة؛ حيث أصبحت الخلايا الجلدية خلايا عصبية حركية، وهي النوع الذي يتحكم في العضلات. أما الخلايا الدموية، فقد أصبحت خلايا عصبية حسية وحسية للضوة. وهذا يثبت أن الهوية الأصلية للخلية هي عامل قوي في تحديد ما ستصبح عليه، حتى عند تطبيق نفس التعليمات الخارجية. كما رسم الباحثون مسار الخلية أثناء تغيرها، ووجدوا أن العملية ليست مجرد مفتاح بسيط، بل هي سلسلة من الخطوات. أولاً، يجب على الخلية أن تلتزم بأن تصبح خلية عصبية وتقاوم التحول إلى نوع آخر من الخلايا المناعية يسمى "البلعم الكبير" (macrophage). ثم يجب أن تتعلم كيفية الالتصاق بالأسطح وإنماء أذرع طويلة ومتفرعة تسمى "الزوائد الشجيرية" (neurites). حدد الفريق إشارات جزيئية محددة تعمل كمفاتيح لتوجيه الخلية عبر هذه المراحل، مما يضمن عدم توقفها أو تحولها إلى النوع الخاطئ من الخلايا.

يوفر هذا العمل طريقة جديدة لإنشاء الخلايا العصبية البشرية مباشرة من الدم، متجاوزاً الحاجة إلى الخلايا الجذعية. ولأن الخلايا الدموية يمكن تحويلها إلى خلايا عصبية حسة للضوء تستجيب لكل من الضوء وهرمونات الجوع، فإنها تقدم أداة فريدة لدراسة كيفية تفاعل ساعاتنا الداخلية مع عملية التمثيل الغذائي لدينا. يمكن للعلماء الآن استخدام هذه الخلايا لاختبار كيف يمكن للأدوية أن تؤثر على دورات النوم لدينا أو كيف يمكن لبعض الأدوية أن تضر أعصابنا الحسية. إن الاكتشاف بأن الخلايا الدموية يمكن تحويلها إلى مثل هذه الخلايا العصبية المتخصصة والوظيفية يفتح باباً جديداً لفهم الدماغ وتطوير علاجات للاضطرابات المتعلقة بالنوم والتمثيل الغذائي والوظيفة الحسية. إنه يظهر أن إمكانات الخلية ليست ثابتة، بل إن تاريخها يشكل مستقبلها بطرق بدأنا للتو في فهمها.