اخبار علمی, مطالب
جهش‌ها سرگذشت سلول را نمایان می‌کنند.
سلول‌ها به طور مداوم دچار جهش‌هایی می‌شوند و آنها را به نسل بعدی خود منتقل می‌کنند. مشخصات جهش‌های سلول‌های انسانی، تاریخ تکامل سلول‌ها و پویایی آنها را در بافت‌های بالغ آشکار می‌سازد.
بدن انسان از تریلیون سلول تشکیل شده است که وظایف بی‌شماری را به عنوان عضوی از اندام‌های مختلف انجام می‌دهند. همه‌ی آنها حاصل سلول تخم بارور‌شده هستند، که بارها و بارها تقسیم می‌شود تا تعداد زیادی از سلول‌ها را در طول رشد جنینی تولید کند. بعدها در طول زندگی، تقسیم سلولی برای جبران مرگ سلولی و اطمینان از عملکرد پایدار بافت‌ها ادامه می‌یابد. روابط اجدادی بین سلول‌های بدن می‌تواند ما را در مورد تاریخچه تقسیم و جا‌به‌جایی سلول‌ها آگاه کند. با توجه به چهار مطالعه به چاپ رسیده در نیچر (Nature)، کشف روابط نسبی بین سلول‌هایی که در قسمت‌های مختلف بدن حضور دارند باعث می‌شود که بینشی در مورد رشد جنینی انسان و چگونگی حفظ بافت ارائه شود.
اصل مشترک چهار مطالعه این است که آنها از جهش‌های ژنوم (ژنوم همه اطلاعات ژنتیکی یک موجود زنده است که شامل توالی های نوکلئوتیدی DNA می‌باشد.) به عنوان نشانگرهایی برای ردیابی نسل‌ها استفاده می‌کنند. سلول‌ها در طول زندگی خود، به طور مداوم دچار جهش‌های تصادفی شده که به عنوان نشانگرهای دائمی به همه سلول‌های نسل بعدی منتقل می‌شوند. بنابراین جهش سلولی اثری را ایجاد می‌کند که اجداد آن را به تخم بارور شده نسبت می‌دهد. با تعیین توالی ژنوم سلول‌های بخش‌های مختلف بدن، می‌توان روابط اجدادی را تعیین کرد و یک «شجره‌نامه خانوادگی» سلولی ایجاد کرد که نگاهی به گذشته منشاء و رفتار سلول‌ها را امکان پذیر می‌کند.
این چهار مطالعه چندین کاربرد جذاب این یافته را نشان می‌دهد. دو مطالعه، مراحل اولیه رشد جنینی انسان را آشکار می‌کنند. آنها مشخصات جهش سلول‌های منفرد را از بافت‌های جمع آوری شده از بزرگسالان تازه فوت شده در کالبد‌شکافی، بررسی و شجره‌نامه سلولی‌ای را رسم کردند که نحوه ارتباط سلول‌ها با یکدیگر را تجسم می‌کند. نقاط منشعب این شجره‌نامه نشان‌دهنده سلول‌هایی است که در گذشته وجود داشته‌اند و می‌توانند اولین نسل سلول‌های جنینی را با جزئیات زیاد توصیف کنند.
مطابق با بررسی‌های قبلی، محققان مشاهده کردند که دو نسل قابل‌تشخیص اول (که می‌توانند دو سلول ناشی از اولین تقسیم تخم بارور باشد) به طور متفاوتی در تشکیل بافت‌های بدن شرکت می‌کنند. این یافته ماهیت تصادفی بودن تصمیمات سلولی را که در مراحل اولیه رشد اتفاق می‌افتد، نشان می‌دهد. علاوه بر این، از هشت سلول اولیه ایجاد شده، فقط سه مورد باعث ایجاد جنین می‌شوند، در حالی که بقیه آنها، از این سلول‌ها جدا شده و بافت‌های دیگر خارج از جنین مانند جفت را تشکیل می‌دهند.
محققان همچنین مشاهده کردند که میزان جهش در چند تقسیم اولیه جنینی نسبتا زیاد است، تقریباً 2.4 جهش در هر سلول در هر نسل. سپس این آمار به طور قابل توجهی کاهش می‌یابد. تقریبا در همان زمان که سلول‌ها مکانیسم‌های ترمیمDNA بالغ را فعال می‌کنند.
سلول‌های جنین اولیه به طور گسترده‌ای آمیخته می‌شوند، به طوری که مجاورت فیزیکی همیشه نمی‌تواند ارتباط بین این سلول‌ها را نشان دهد. به عنوان مثال، سلول‌های بافت هم‌بند مجاور می‌توانند از نسل‌هایی باشند که با اولین تقسیم جنین جدا شده‌اند. با این حال، برخی از نسل‌هایی که پس از نسل سوم به‌وجود می‌آیند به اندام‌هایی که از اکتودرم (لایه ای از سلول‌ها در جنین اولیه) نشأت می‌گیرند، اضافه می‌شوند و جهش‌هایی که پس از تقریبا شش تا نه نسل بوجود می‌آیند، می‌توانند در اندام‌های خاصی اضافه شوند. بررسی رشد بیش از 15 نسل اولیه سلولی مستلزم تجزیه و تحلیل سلول‌های بیشتری از بافت‌های بیشتر است، اما تجزیه و تحلیل‌های فعلی طعم وسوسه‌انگیزی را از آینده ارائه می‌دهد.
محققان نشان دادند که جهش‌ها همچنین می‌توانند بینش‌های مهمی در مورد زیست شناسی و تکامل بافت‌ها در بزرگسالی نشان دهند. برای دستیابی به این هدف، نویسندگان ژنوم گروه‌های کوچکی از سلول‌ها را که از اندام‌های مختلف جدا شده‌اند، توالی‌یابی کرده و فراوانی و تنوع جهش‌ها در آنها را بررسی کردند.
محققان مشاهده کردند که بسیاری از ساختارهای بافتی شناخته شده که در زیر میکروسکوپ قابل مشاهده هستند، مانند چین های پوشش داخلی روده کوچک و بزرگ، از سلول‌های ژنتیکی مشابهی تشکیل شده‌اند که همه از یک جد مشترک نزدیک – یک سلول بنیادی ساکن بافت – نشأت گرفته‌اند. در مقابل، بافت‌هایی که بازسازی و ترمیم نمی‌شوند، مانند ماهیچه‌ها و مغز، معمولا حاوی سلول‌های ژنتیکی متفاوتی هستند که هیچ نسبت مشترک نزدیکی ندارند.
علاوه بر این، با بررسی جهش‌هایی که در بافت‌های مختلف متراکم می‌شوند، می‌توان مکانیسم‌های مولکولی که جهش‌ها را در ژنوم و در محیط‌های مختلف سلولی وارد می‌کنند، به طور دقیق مشخص و شمارش کرد.
به عنوان مثال، محققان نشان دادند که برخلاف سایر بافت‌ها، بخش زیادی از کل جهش‌های یافت شده در سلول‌های دستگاه گوارش مربوط به تقسیم سلولی است، در حالی که سلول‌های کبدی در اثر قرار گرفتن در معرض سموم نشات گرفته از خارج بدن می‌توانند دچار جهش‌هایی شوند. سلول‌های پیش‌ساز سلول‌های اسپرم در بیضه‌ها جهش‌هایی با سرعت بسیار کمی دارند که به طور بالقوه به مکانیسم‌های ویژه ترمیم DNA که از مواد ژنتیکی منتقل شده به نسل بعدی محافظت می‌کنند، مربوط می‌شوند.
علاوه بر جهش‌های خنثی موجود، برخی از سلول‌ها دچار جهش‌های «محرک» می‌شوند که بر رفتار آنها تأثیر می‌گذارد و ممکن است باعث شود که به طور نامتناسب به بخش بزرگی از جمعیت سلول‌های بافت کمک کنند.
محققان دریافتند که ژن‌های مختلف باعث ایجاد رفتار‌های غیرطبیعی سلولی در بافت‌های مختلف و تا حدی در افراد مختلف نیز می‌شود. در برخی بافت‌ها، گروه‌های سلولی که جهش محرک خاصی دارند، از نظر ساختارهای ریزآناتومی در بافت محدود شده و بنابراین به طور معمول کوچک باقی می‌مانند. با این حال، در بافت‌هایی با آناتومی «مسطح تر» سلول‌های جهش‌یافته می‌تواند گسترش یابند و مناطق وسیعی را در برگیرند، بدون آنکه به طور بدیهی بر عملکرد بافت تأثیر منفی بگذارد.
این چهار مطالعه در کنار هم، نمایشی چشمگیر از قدرت ژنتیک مدرن در رمزگشایی پویایی سلولی است که در طول زمان در بدن ما ظاهر می‌شود. نسخه‌های مقیاس‌بندی شده این طرح‌های آزمایشی، بینش‌هایی را در مورد چگونگی تشکیل اندام‌ها ارائه می‌دهد و مهم‌تر از همه درک ما را از بیماری‌های ناشی از جهش‌های مضر که گاهی در طول رشد جنین بوجود می‌آیند، عمیق‌تر می‌کنند.
از دیدگاه سلامت انسان، تکامل بافت در طول بزرگسالی احتمالا موضوعی مهم‌تر از رشد جنینی است. در حال حاضر، درک مفهومی ما از چگونگی پیشرفت سرطان با تشخیص اینکه بافت‌های سالم نیز می‌توانند حاوی جهش‌هایی باشند که قبلا تصور می‌شد تا حدودی مخصوص سرطان‌ها است، عمیقا تغییر کرده‌است. واضح است که برخی از این تغییرات ممکن است به هیچ وجه باعث ایجاد سرطان نشده و فقط از سلول‌های طبیعی توسط سلول‌های سرطانی به ارث برده شوند. حتی برخی جهش‌هایی که در بافت‌های طبیعی گسترده می‌شوند می‌توانند در برابر سرطان اثر محافظت‌کنندگی ایجاد کنند.
محققان گزارش کردند که بخش قابل توجهی از نمونه‌های بافتی در نقاط مختلف، مانند مری و راست روده، حاوی سه یا چند جهش هستند که تصور می‌شود باعث ایجاد سرطان می‌شوند – اگرچه هنوز مشخص نیست که آیا این جهش‌های محرک مجموعا در یک سلول بوده‌اند یا خیر. این یافته با مطالعات قبلی که نشان‌دهنده وجود سه جهش محرک در سلول‌های طبیعی مجاری هوایی افراد سیگاری بود، مطابقت دارد. با توجه به نمونه‌برداری‌های محدود از بافت‌های طبیعی که تا‌کنون انجام گرفته‌اند، سه جهش محرک به طرز ناخوشایندی به چهار یا پنج جهشی که به طور متوسط در سرطان‌ها یافت می‌شود، نزدیک اند. در واقع، اگر سلول‌های دارای سه جهش محرک به راحتی در یک نمونه کوچک بافت یافت شوند، احتمالا سلول‌هایی با چهار یا پنج جهش محرک در آن بافت نیز وجود دارند – بدون اینکه الزاما باعث سرطان شوند.
این یافته‌های جدید ما را به تجدید نظر در تعریف ژنتیکی سرطان دعوت می‌کند. اگر داشتن جهش‌های متعدد محرک باعث سرطان نمی‌شود ، پس چه چیزی این بیماری را بوجود می‌آورد؟ آیا ترکیب خاصی از جهش ها که مختص به بافتی مخصوص هستند مورد نیاز است؟ یا آیا وجود چنین جهش‌هایی درکنار شرایط محیطی مجاز نیاز است؟ ناهنجاری های کروموزومی اغلب به سلول‌های سرطانی اختصاص یافته‌اند، اما هر دو تحقیقات گزارش می‌دهند که سلول‌های طبیعی در برخی بافت‌ها نیز حاوی تغییرات کروموزومی می‌باشند.
شفاف‌سازی کامل در این زمینه فقط با ایجاد یک «اطلس ژنوم بافت‌های طبیعی» امکان‌پذیر است که در آن ترکیب جهش بافت‌های مختلف با توجه به سن، سابقه پزشکی و سبک زندگی در بسیاری از افراد به دقت ترسیم شده باشد. تنها در این صورت است که می‌توان به سوالات اساسی درباره تعریف ژنتیکی سرطان با کمی دقت پاسخ داد.
خلاصه:
سلول‌ها به طور مداوم دچار جهش‌هایی می‌شوند و آنها را به نسل بعدی خود منتقل می‌کنند. از جهش‌های ژنوم (ژنوم همه اطلاعات ژنتیکی یک موجود زنده است که شامل توالی های نوکلئوتیدی DNA می‌باشد.) می‌توان به عنوان نشانگرهایی برای ردیابی نسل‌ها استفاده کرد. سلول‌ها در طول زندگی خود، به طور مداوم دچار جهش‌های تصادفی شده که به عنوان نشانگرهای دائمی به همه سلول‌های نسل بعدی منتقل می‌شوند. بنابراین جهش سلولی اثری را ایجاد می‌کند که اجداد آن را به تخم بارور شده نسبت می‌دهد. با تعیین توالی ژنوم سلول‌های بخش‌های مختلف بدن، می‌توان روابط اجدادی را تعیین کرد و یک «شجره‌نامه خانوادگی» سلولی ایجاد کرد که نگاهی به گذشته منشاء و رفتار سلول‌ها را امکان پذیر می‌کند. علاوه بر این، با بررسی جهش‌هایی که در بافت‌های مختلف متراکم می‌شوند، می‌توان مکانیسم‌های مولکولی که جهش‌ها را در ژنوم و در محیط‌های مختلف سلولی وارد می‌کنند، به طور دقیق مشخص و شمارش کرد.
ترجمه: فاطمه فریادرس
