ارمغان سلول های بنیادی

برندگان جایزه نوبل امسال، اکتشاف های جدید و پیشگامانه یی را در زمینه سلول های بنیادی جنین و نو ترکیبی DNA در پستانداران بنیانگذاری کردند. اکتشاف های آنها باعث به وجود آمدن فناوری مهمی با عنوان «هدف گرفتن ژن» در موش شد. این کشف در تمام زمینه های بیوپزشکی از تحقیقات پایه گرفته تا ابداع درمان های جدید کاربرد دارد. فناوری «هدف گرفتن ژن» اغلب برای غیرفعال کردن ژن های تنها به کار می رود. چنین آزمایش های خاموش کردن ژن برای ارزیابی وظایف بسیاری از ژن ها از جمله وظیفه ژن در تکامل و رشد و نمو جنین، فیزیولوژی افراد بالغ، پیری و بیماری کاربرد دارد. تا به امروز بیش از ده هزار ژن از ژن های موش (تقریباً نیمی از ژن های ژنوم پستانداران) به روش های مهندسی ژنتیک، خاموش و عملکرد آنها مشخص شده است. تلاش های بین المللی وسیعی در حال انجام است که نتیجه آن به وجود آمدن موش های مهندسی ژنتیک شده یی (Knockout mice) در آینده یی نزدیک خواهد بود که در آن تمام ژن های موجود در موش، خاموش و عملکرد آنها مشخص خواهد شد. امروزه با استفاده از تکنیک «هدف گرفتن ژن»، این امکان فراهم شده است که تقریباً هر نوع تغییری را در DNA ژنوم موش ایجاد کنند. این کار به دانشمندان اجازه می دهد که نقش ژن های خاص را در سلامتی و بیماری تشخیص دهند. امروزه این تکنیک باعث به وجود آمدن تقریباً بیش از ۵۰۰ مدل مختلف موشی از بیماری های انسان شده است که شامل بیماری های قلبی عروقی، بیماری های تحلیل برنده اعصاب، دیابت و سرطان است.
اطلاعات درباره چگونگی رشد و نمو و عملکرد بدن ما در طول زندگی در مولکول های DNA ذخیره و از طریق آنها اعمال می شود. DNA بدن ما در کروموزوم ها بسته بندی می شود. این کروموزوم ها به صورت زوج هستند که یکی از پدر و دیگری از مادر به ارث می رسد.
تعویض توالی DNA درون یک زوج کروموزوم باعث افزایش تنوع ژنتیک در جمعیت می شود و پدیده یی به نام نوترکیبی همولوگ را ایجاد می کند. این روند طی تکامل حفظ می شود و بیش از ۵۰ سال پیش در سال ۱۹۵۸ برای اولین بار توسط برنده جایزه نوبل «جاشوآ لدربرگ» در باکتری کشف شد.
«ماریو کاپچی» و «الیور اسمیتیز» هر دو معتقد بودند که نوترکیبی همولوگ باعث تغییرات ژن به صورت خاص در سلول های پستانداران می شود و برای رسیدن به این اهداف مرتباً کار کردند. «کاپچی» اثبات کرد که نوترکیبی همولوگ می تواند بین DNA عرضه شده و کرموزوم ها در سلول های پستانداران انجام شود. او همچنین نشان داد که ژن های آسیب دیده می توانند توسط نوترکیبی همولوگ ترمیم شوند.
«اسمیتیز» تلاش کرد که برای اولین بار ژن های جهش یافته را در سلول های پستانداران ترمیم کند. او عقیده داشت که برخی بیماری های خونی را می توان از طریق تصحیح جهش های ایجادکننده بیماری در سلول های بنیادی مغز استخوان، درمان کرد.
● بیان رده زایای موش با سلول های بنیادی جنینی
انواع سلول هایی که در ابتدا توسط «کاپچی» و «اسمیتیز» مطالعه شد، نمی توانستند برای تولید حیوانات با اصلاحات ژنی استفاده شوند. برای این کار نوع دیگری از سلول احتیاج بود که همان سلول های زایا است. تنها در این حالت، تغییرات DNA قابل توارث است. «مارتین ایوانز» با سلول های کارسینومای جنین موش کار کرد که این سلول ها از تومورهای هر نوع سلولی به دست می آید. او معتقد بود که می توان از سلول های کارسینومای جنینی به عنوان ابزاری برای عرضه ژنوم به سلول های زایای موش استفاده کرد. تلاش های او در ابتدا با شکست مواجه شد زیرا سلول های کارسینومای جنینی دارای کروموزوم های غیرطبیعی هستند و نمی توانند در تشکیل سلول های زایا شرکت کنند. «ایوانز»، در جست وجوی روشی جایگزین، کشف کرد کشت های سلولی که از نظر کروموزومی نرمال هستند، مستقیماً از جنین های اولیه موش به دست می آیند. این سلول ها امروزه تحت عنوان سلول های بنیادی جنینی معروف هستند. هدف بعد این بود که نشان دهند سلول های بنیادی می تواند در تولید رده زایا نقش داشته باشد. جنین به دست آمده از یک نژاد خاص موش را به سلول های بنیادی به دست آمده از نژاد دیگری از موش تزریق کردند.
سپس این جنین های موزاییک به دست آمده، در رحم مادرهای کاذب قرار گرفت. نسل موزاییک به دست آمده با همدیگر آمیزش داده شد و حضور ژن های مشتق شده از سلول های بنیادی جنینی در فرزندان به دست آمده از آمیزش تست شد. این ژن ها براساس قواعد مندل به ارث می رسند.
«ایوانز» شروع کرد به تغییر ژنتیک سلول های بنیادی جنینی و برای این منظور رتروویروس ها را انتخاب کرد. رتروویروس ها می توانند ژن هایشان را به درون کروموزوم ها وارد کنند. او اثبات کرد که انتقال DNA رتروویروس از سلول های بنیادی جنینی به سلول های رده زایای موش باعث تولید موش موزاییک می شود. «ایوانز» از سلول های بنیادی برای تولید موشی که حاوی اطلاعات ژنتیک جدید است استفاده کرد.
● نوترکیبی همولوگ در سلول های بنیادی جنینی
تا سال ۱۹۸۶ تمام ابزار لازم برای شروع تولید اولین سلول های بنیادی با تغییرات هدفدار ژنتیک فراهم شد. «کاپچی» و «اسمیتیز» اثبات کردند که ژن ها در محیط کشت سلولی با استفاده از نوترکیبی همولوگ می توانند تحت تغییرات هدفدار ژنی قرار بگیرند و ضرورت ابزار این کار که همان سلول های بنیادی جنینی است، توضیح داده شد. مرحله بعدی کار ترکیب کردن این دو ابزار با هم بود یعنی ترکیب نوترکیبی همولوگ و سلول های بنیادی جنینی. «کاپچی» و «اسمیتیز» به منظور شروع تحقیقات ژنی به نام hprt را انتخاب کردند که به راحتی کشف و تعیین هویت شده بود. این ژن در یک بیماری وراثتی نادر به نام «سندرم لش نیهان» (Lessch-Nyhan) نقش دارد. «کاپچی» راهکارهای مناسبی برای هدف قرار دادن ژن ها تعیین کرد و یک روش جدید (انتخاب مثبت- منفی) را که امروزه به صورت روتین اجرا می شود، طراحی کرد.
● شروع یک مرحله جدید در ژنتیک
اولین گزارش ها در مورد استفاده از نوترکیبی همولوگ در سلول های بنیادی برای تولید موش با تغییرات هدفدار ژن در سال ۱۹۸۹ منتشر شد. از آن تاریخ به بعد تعداد گزارش ها درباره موش های مهندسی ژنتیک شده تولیدشده از نژادهای متفاوت به صورت تصاعدی افزایش یافت. امروزه از فناوری «هدف گرفتن ژن» به عنوان یک فناوری چندکاره استفاده می شود. در حال حاضر این امکان فراهم شده است که جهش هایی را که در نقاط خاص زمانی یا در سلول های خاص یا در اندام خاص در هنگام رشد یا در حیوانات بالغ فعال می شوند، القا کنیم. فناوری «هدف گرفتن ژن» برای بررسی سلامت و بیماری انسان مورد استفاده قرار می گیرند. تقریباً تمام جنبه های فیزیولوژی پستانداران از طریق تغییرات هدفدار ژنی می تواند مورد مطالعه قرار گیرد و شواهدی در دست است که این فناوری در تمام زمینه های تحقیقات به طور گسترده استفاده می شود.
برخی از مقاله ها و کارهای تحقیقاتی برندگان جایزه نوبل امسال در زیر آمده است.
تغییرات هدفدار ژن در درک وظایف بیش از صدها ژن در رشد و تکامل چنین پستانداران به ما کمک کرده است. تحقیقات «کاپچی» وظایف ژن های دخیل در تکامل اندام های پستانداران و تکامل طرح بدن را آشکار کرد. تحقیقات او درک چگونگی ایجاد چندین نارسایی مادرزادی را برای ما امکان پذیر کرد.
«ایوانز» از فناوری «هدف گرفتن ژن» برای تولید و تکامل مدل های موشی بیماری های انسان استفاده کرد. او چندین مدل موشی برای بیماری های وراثتی انسان از جمله بیماری فیبروز کبدی آماده کرد و این مدل ها را برای بررسی مکانیسم بیماری و همچنین برای آزمایش کردن اثرات ژن درمانی استفاده کرد.
«اسمیتیز» همچنین تغییرات هدفدار ژنی را برای تکامل مدل های موشی در مورد بیماری های وراثتی فیبروز کبدی و بیماری های تالاسمی استفاده کرد. او همچنین چندین مدل موشی برای بیماری های شایع انسانی همچون فشار خون بالا و آترواسکلرومیس فراهم کرد. به طور خلاصه تغییرات هدفدار ژنی در موش، تمام زمینه های بیوپزشکی را در برمی گیرد و تاثیر آن در درک عملکرد ژن و فواید آن برای انسان همچنان در حال افزایش است.

ترجمه؛ مینا همتی

منبع : روزنامه اعتماد