راز سلول‌های عضلانی
فیبر عضلانی فقط از یک سلول تشکیل شده‌است، اما تعداد زیادی هسته دارد. یک تیم تحقیقاتی به سرپرستی پروفسور کارمن بیرچمایر نشان داده‌است که این هسته‌ها تا چه اندازه متنوع هستند. این مطالعه که در Nature Communications منتشر شده‌است، می‌تواند به درک بهتر بیماری‌های عضلانی مانند دیستروفی عضلانی دوشن کمک کند.
معمولاً هر سلول دقیقاً یک هسته دارد. اما سلول‌های عضلات اسکلتی متفاوت است؛ این سلول‌های بلند یک سیتوپلاسم نسبتاً بزرگ دارند که حاوی صدها هسته است. تاکنون اطلاعات محققان در مورد میزان تفاوت هسته‌های یک فیبر عضلانی از نظر فعالیت ژنی و تاثیر آن‌ها بر عملکرد عضله بسیار کم بوده‌است. این تیم تحقیقاتی پرده از برخی اسرار هسته‌های سلول عضلانی برداشته‌است. آن‌ها بیان ژن هسته‌های سلول عضلانی را با استفاده از یک تکنیک کاملاً جدید به نام توالی یابی RNA تک-هسته‌ای بررسی کردند و در این روند با یک نوع فعالیت ژنتیکی غیرمنتظره مواجه شدند.
در این تیم افرادی کارهای تجربی انجام دادند و داده‌های این آزمایشات توسط تجزیه و تحیل بیوانفورماتیکی مورد بررسی قرار گرفت. به گفته‌ی نویسندگان این مقاله، تنها به لطف همکاری نزدیک بین تیم‌های مبتنی بر آزمایشگاه و مبتنی بر تئوری بود که توانستند به نتایج قابل قبولی برسند. تکنیک‌های جدید در زیست‌شناسی مولکولی مانند توالی یابی، مقادیر زیادی داده ایجاد می‌کند، در نتیجه ضروری است آزمایشگاه‌های محاسباتی از همان ابتدا بخشی از فرآیند باشند؛ زیرا تجزیه و تحلیل داده‌ها به اندازه تولید داده مهم است.
فیبرهای عضلانی به بافت‌های کامل شباهت دارند
به دلیل ناهمگنی این هسته‌ها، یک سلول عضلانی منفرد تقریباً می‌تواند مانند یک بافت که از انواع سلول‌های بسیار متفاوت تشکیل شده‌است، عمل کند. این سلول را قادر می‌سازد تا وظایف متعدد خود را، مانند برقراری ارتباط با نورون‌ها یا تولید پروتئین‌های عضلانی خاص، انجام دهد.
عضلات آسیب دیده حاوی ژن‌های فعال‌کننده رشد هستند
محققان بیان ژن چندین هزار هسته از فیبرهای عضلانی معمولی موش‌ها و همچنین هسته‌ی فیبرهای عضلانی که پس از آسیب دوباره در حال رشد بودند، را بررسی کردند. در این مطالعه هسته‌ها به صورت ژنتیکی برچسب‌گذاری و از سلول‌ها جدا شدند. در واقع آن‌ها می‌خواستند دریابند که آیا می‌توان تفاوتی در فعالیت ژن‌ها بین عضله در حال استراحت و در حال رشد مشاهده کنند. آن‌ها واقعاً چنین تفاوتی را یافتند. به عنوان مثال، محققان مشاهده کردند که ژن‌های مسئول رشد عضلات در عضله بازسازی کننده فعال‌تر هستند. بیرچمایر گفت: "آنچه واقعاً ما را متحیر کرد این واقعیت بود که در هر دو نوع فیبر عضلانی، انواع مختلفی از هسته‌ها را یافتیم که هرکدام الگوهای مختلف فعالیت ژنی دارند."
انواع هسته‌های ناشناخته
در مطالعات قبلی مشخص شده‌‌بود که ژن‌های مختلف در هسته‌های نزدیک محل عبور عصب نسبت به هسته‌های دیگر فعال‌تر هستند. در این تحقیق انواع جدیدی از هسته های تخصصی کشف شده‌است که همه‌ی آن‌ها الگوی بیان ژن بسیار خاصی دارند. برخی از این هسته‌ها در خوشه‌هایی نزدیک به سلول‌هایی قرار دارند که مجاور فیبر عضلانی هستند. به عنوان مثال، سلول‌های تاندون یا پریمیزیم یک غلاف بافت همبند است که دسته‌ای از فیبرهای عضلانی را احاطه کرده‌است. به نظر می‌رسد سایر هسته‌های خاص، متابولیسم محلی یا سنتز پروتئین را کنترل می‌کنند و در سراسر فیبر عضلانی توزیع شده‌اند. با این حال، هنوز مشخص نیست که ژن‌های فعال هسته‌ها دقیقاً چه کاری انجام می‌دهند. در این مطالعه، محققان به صدها ژن در گروه‌های کوچک در هسته‌های فیبر عضلانی برخورد کردند که قبلاً ناشناخته بودند.
به نظر می رسد دیستروفی عضلانی باعث از بین رفتن بسیاری از هسته‌ها می‌شود
در مرحله بعدی، این تیم هسته‌های فیبر عضلانی موش‌های مبتلا به دیستروفی عضلانی دوشن را بررسی کرد. این بیماری شایع‌ترین شکل دیستروفی عضلانی ارثی (تحلیل عضله) در انسان است. علت آن جهش در کروموزوم X است، به همین دلیل بیشتر پسران را درگیر می‌کند. بیماران مبتلا به این بیماری فاقد پروتئین دیستروفین هستند که فیبرهای عضلانی را تثبیت می‌کند. این منجر به از بین رفتن تدریجی سلول‌ها می‌شود. در موش‌های بیمار بسیاری از هسته‌های سلول در فیبرهای عضلانی از بین رفته‌بودند و انواع دیگر هسته‌ها به صورت خوشه ای سازماندهی نشده‌بودند، بلکه در سلول پراکنده شده‌بودند. بیرچمایر می‌گوید: "وقتی این نتایج را دیدم باور نمی‌کردم و از تیمم خواستم قبل از اینکه یافته‌ها را بیشتر بررسی کنیم، توالی‌یابی را تکرار کنیم. اما نتایج ثابت ماند."
هسته‌های سلول موش‌های بیمار شبیه بیماران انسانی است
آن‌ها همچنین برخی از انواع زیرهسته‌های خاص بیماری را پیدا کردند. بعضی از این هسته‌ها، هسته‌هایی هستند که فقط ژن‌ها را تا حدود کمی رونویسی می کنند و در حال از بین رفتن هستند. برخی دیگر از هسته‌ها حاوی ژن‌هایی هستند که فعالانه میوفیبرهای آسیب دیده را ترمیم می‌کنند. نکته جالب اینجاست که محققان در بیوپسی عضلانی بیماران مبتلا به بیماری‌های عضلانی این افزایش فعالیت ژنی را مشاهده کرده‌اند و به نظر می‌رسد که عضله سعی می‌کند آسیب ناشی از بیماری را خنثی کند.
بیرچمایر گفته‌است: "ما در حال ارائه روش قدرتمندی برای بررسی مکانیسم‌های آسیب شناختی در عضله و آزمایش رویکردهای درمانی جدید هستیم." از آن‌جا که اشکال در عملکرد عضلانی در انواع بیماری‌های دیگر مانند دیابت و آتروفی عضله مرتبط با سن یا سرطان نیز مشاهده می‌شود، می‌توان از این روش برای تحقیق بهتر در مورد این بیماریها استفاده کرد. این تیم تحقیقاتی هم‌اکنون در حال برنامه‌ریزی برای مطالعات بیشتر روی سایر مدل‌های بیماری است.
منبع: https://www.sciencedaily.com/releases/2020/12/201211115513.htm
لینک مقاله: https://www.nature.com/articles/s41467-020-20064-9
کلید واژه ها:
#فیبر عضلانی
#هسته‌های سلول عضلانی
#دیستروفی دوشن
#بیوانفورماتیک
#کدکول