Dual H3K27me3 and H3K9 methylation establish epigenetic barriers to extraembryonic plasticity
تحدد هذه الدراسة مثيلة H3K27me3 وH3K9 المزدوجة كحواجز فوق جينية تدريجية تقيد المرونة خارج الجنينية أثناء تطور ما قبل الانغراس، مما يثبت أن إزالتهما المتزامنة يمكن أن تعيد برمجة الخلايا الجذعية الجنينية إلى خلايا شبيهة بالخلايا خارج الجنينية متعددة القدرات قادرة على المساهمة في كل من سلالات الأرومة المغذية والمنشأ البدائي.
البحث الأصلي مرخَّص بموجب CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). هذا شرح مولَّده بالذكاء الاصطناعي لبحث مسبق لم يخضع لمراجعة الأقران. وهو ليس نصيحة طبية. لا تتخذ أي قرارات تتعلق بصحتك بناءً على هذا المحتوى. اقرأ إخلاء المسؤولية الكامل
تبدأ كل ثديية حياتها كخلية واحدة تنقسم وتتكاثر، لتشكل في النهاية كرة صغيرة من الخلايا تُعرف باسم الكيسة الأريمية (blastocyst). وداخل هذه الكرة، يجب على الخلايا اتخاذ قرار حاسم: فبعضها سيصبح جسد الحيوان، بينما ستشكل خلايا أخرى الهياكل الداعمة، مثل المشيمة، التي تسمح للجنين بالنمو وتلقي العناصر الغذائية. يحدث هذا الانقسام في مرحلة مبكرة جدًا، وبمجرد أن تلتزم الخلية بأن تصبح جزءًا من الجسد، فإنها عادة ما تفقد القدرة على التحول إلى تلك الأنسجة الداعمة. كان العلماء يعلمون منذ زمن طويل أن هذا الفقدان في المرونة ضروري ليتطور الكائن الحي بشكل صحيح، لكنهم لم يفهموا تمامًا "القفل" الجزيئي الذي يمنع خلايا الجسم هذه من تغيير رأيها والتحول إلى أنسجة مشيمية مرة أخرى. وقد ظل السؤال حول كيفية نسيان الخلايا لخياراتها المستقبلية البديلة لغزًا مركزيًا في علم الأحياء التطوري.
وقد حدد فريق من الباحثين في جامعة سيول الوطنية الآن العلامات الكيميائية المحددة التي تعمل كأقفال لهذه العملية. فقد اكتشفوا نوعين من العلامات الجزيئية، اللتين تستقران على تغليف الحمض النووي (DNA) داخل الخلايا، تعملان معًا لإغلاق التعليمات الخاصة بصنع الأنسجة المشيمية. تُسمى هاتان العلامتان H3K27me3 وH3K9 methylation. تخيل الأمر كنوعين مختلفين من الأشرطة اللاصقة شديدة التحمل التي يمكن للباحثين وضعها على مجموعة من المخططات لإبقاء الملفات مغلقة. في المراحل المبكرة من التطور، وقبل أن تقرر الخلايا مصيرها، لا تكون هذه الأشرطة مطبقة بالكامل، مما يسمح للخلايا بالبقاء مرنة. ومع ذلك، مع نضوج الخلايا لتصبح من النوع الذي يشكل الجسد، يتم تطبيق هذه الأشرطة بإحكام فوق الجينات المسؤولة عن إنشاء المشيمة، مما يؤدي إلى إغلاق تلك التعليمات بعيدًا.
ولإثبات أن هاتين العلامتين كانتا بالفعل هما الحاجزان، أجرى العلماء تجربة دقيقة باستخدام خلايا جذعية من الفئران، والتي تشبه عادةً الخلايا المكونة للجسم ولا يمكنها صنع أنسجة مشيمية. لقد عالجوا هذه الخلايا بمزيج كيميائي مصمم لإزالة كلا النوعين من الأشرطة في وقت واحد. وكانت النتيجة فورية ومذهلة؛ فبمجما أزيلت الحواجز الكيميائية، لم تكتفِ الخلايا الجذعية بالبقاء كما هي، بل بدأت في التغير. لقد بدأت في تنشيط الجينات الخاصة بالأنسجة المشيمية التي كانت مغلقة ومخفية. لاحظ الباحثون أن هذه الخلايا المعالجة كيميائيًا بدأت تبدو وتتصرف مثل هجين من نوعين مختلفين من الخلايا المشيمية: أحدهما يشكل الطبقة الخارجية للجنين، والآخر يشكل البطانة الداخلية لكيس المح. وقد أطلقوا على هذه الخلايا الجديدة اسم "الخلايا الشبيهة بالأنسجة خارج الجنين المستحثة كيميائيًا"، أو iExLCs للاختصار.
ولم يتوقف الباحثون عند مراقبة الخلايا في طبق المختبر، بل أرادوا معرفة ما إذا كان بإمكان هذه الخلايا التي تم فتح قفلها أن تعمل بالفعل في نظام حي. قاموا بخلط خلايا iExLCs مع خلايا جذعية عادية وراقبوا كيفية تنظيمها لذاتها لتشكل هياكل تشبه الأجنة الاصطناعية الصغيرة، والمعروفة باسم "البلاستويد" (blastoids). في هذه الهياكل، تحركت خلايا iExLCs بشكل طبيعي نحو الأطراف الخارجية لتشكل طبقة تشبه المشيمة، بينما بقيت الخلايا الجذعية العادية في المركز لتشكل نواة شبيهة بالجسد. ولاختبار ذلك بشكل أكبر، وضعوا هذه الأجنة الاصطناعية في رحم فأر حامل. وبينما لم تتمكن هذه الأجنة الاصطناعية من التطور إلى فئران كاملة، إلا أنها نجحت في تحفيز الرحم للاستعداد للحمل، وهي علامة على أن الخلايا كانت نشطة بيولوجيًا وقادرة على التفاعل مع أم حقيقية. والأهم من ذلك، عندما تتبعوا الخلايا داخل هذه الهياكل النامية، وجدوا أن خلايا iExLCs قد ساهمت بنجاح في كل من الطبقة المشيمية الخارجية وطبقة كيس المح الداخلية، مما أثبت أن إزالة العلامتين الكيميائيتين قد استعاد قدرة الخلايا على أن تصبح أيًا من نوعي الأنسجة الداعمة.
ومن خلال رسم خريطة للمشهد الكيميائي للخلايا قبل وبعد المعالجة، أظهر الفريق بالضبط كيف حدث هذا التحول. وجدوا أن إزالة العلامتين المثبطتين حدثت أولاً، مما خلق بيئة تسمح ببدء العمل، حيث كانت الجينات جاهزة ليتم تشغيلها. وفقط بعد إزالة هذا الحاجز الكيميائي، بدأت الخلايا في إنتاج البروتينات اللازمة لبناء الأنسجة المشيمية بنشاط. ويشير هذا التسلسل إلى أن العلامتين تعملان كحارس بوابة؛ فطالما كانتا موجودتين، تظل الجينات صامتة بغض النظر عن الإشارات الأخرى. وبمجرد فتح البوابة، يمكن للخلايا الاستجابة لبيئتها واختيار مسارها.
يوضح هذا العمل خطوة أساسية في كيفية تثبيت الحياة لهويتها. فهو يظهر أن الانتقال من خلية مرنة متعددة القدرات إلى خلية متخصصة لا يتعلق فقط بتشغيل الجينات الصحيحة للجسم، بل يتعلق أيضًا بإسكات الجينات الخاصة بالاحتمالات الأخرى بشكل نشط ودائم. وتوضح الدراسة أن هذا الإسكات يتم من خلال نظام قمع ثنائي الطبقات. وبينما أظهر الباحثون أنه يمكنهم عكس هذه العملية في بيئة مختبرية لإنشاء خلايا ذات إمكانات جديدة، فقد أشاروا أيضًا إلى أن هذه الخلايا لا يمكنها تكوين جنين كامل وقابل للحياة بمفردها، مما يسلط الضوء على أن مسار التطور الطبيعي هو رحلة معقدة ومنظمة بدقة لا يمكن محاكاتها بالكامل بمجرد إزالة بعض الأقفال الكيميائية. توفر هذه النتائج خريطة واضحة للحواجح الوراثية اللاجينية (epigenetic) التي تحمي هوية الجسد، مما يقدم فهمًا أعمق لكيفية تذكر الخلايا لمن تكون وما يُسمح لها بأن تصبح عليه.
غارق في أبحاث مجالك؟
تصلك نشرة يومية بأحدث الأبحاث المطابقة لكلماتك البحثية المفتاحية — مع ملخصات تقنية، بلغتك.