سلولهای موجود در یک ارگانیسم در حال توسعه یک ساعت داخلی به نام ساعت تقسیم بندی دارند. محققان EMBL بارسلونا اکنون از مکانیسم های بیوشیمیایی حاکم بر سرعت این ساعت پرده برداشتند. ویدئو: Miki Ebisuya/EMBL

دانشمندان مرکز Riken برای تحقیقات دینامیک Biosystems ، EMBL بارسلونا ، Universitat Pompeu Fabra و دانشگاه کیوتو دریافتند که سیگنال ریتمیک ساعت تقسیم بندی - یک شبکه ژنتیکی که حاکم بر شکل گیری متوالی الگوی بدن در جنین ها است - به آرامی ضرب و شتم می شودانسانها نسبت به موش. تفاوت به دلیل واکنشهای بیوشیمیایی خاص در سلولهای انسانی با سرعت کمتری است.

هر گونه با سرعت خاص خود

در مرحله اولیه رشد مهره داران ، جنین به یک سری بخش هایی تبدیل می شود که در نهایت به انواع مختلف بافت ها مانند عضلات یا استخوان متمایز می شود. این فرایند توسط یک فرآیند بیوشیمیایی نوسان ، معروف به ساعت تقسیم بندی اداره می شود که از نظر سرعت بین گونه ها متفاوت است. در موش ها ، هر نوسان ساعت تقسیم بندی حدود دو ساعت طول می کشد ، در حالی که در سلول های انسانی پنج ساعت طول می کشد. با این حال ، چرا طول این چرخه بین گونه ها متفاوت است ، یک راز باقی مانده است.

برای حل این enigma ، محققان از سلولهای بنیادی جنینی موش و سلولهای ساقه پرتوان (IPS) ناشی از انسان استفاده کردند - که هر دو توانایی تخصص در شکل گیری سایر انواع سلول در بدن را دارند. محققان آنها را به نوع سلول معروف به مزودرم Presomitic (PSM) تبدیل کردند ، که توسعه آن توسط ساعت تقسیم بندی اداره می شود.

دانشمندان ابتدا بررسی کردند که آیا تفاوت در فرکانس نوسان بین دو نوع سلول به دلیل راه هایی که چندین سلول با یکدیگر ارتباط برقرار می کنند یا در عوض می توان در فرآیندهای بیوشیمیایی در هر سلول جداگانه یافت. آنها با استفاده از آزمایشاتی که یا سلولهای جدا شده یا سیگنال های مهم را مسدود کرده اند ، دریافتند که این فرآیندهای بیوشیمیایی در سلولهای فردی است که مسئول هستند.

سرعت واکنش بیوشیمیایی مختلف توضیح می دهد که چرا موش ها سریعتر از انسان رشد می کنند

هنگامی که مشخص شد که فرآیندهای کلیدی حاکم بر نوسانات ساعت تقسیم بندی در داخل سلول ها رخ داده است ، محققان گمان کردند که این تفاوت ممکن است به دلیل ژن اصلی به نام HES7 باشد. آنها تعدادی آزمایش را انجام دادند که در آن ژن های HES7 را بین سلولهای انسانی و سلولهای موش مبادله کردند ، اما در کمال تعجب این چرخه تأثیر نمی گذارد.

میکی ابیزویا ، نویسنده مسئول ، رهبر گروه در EMBL بارسلونا ، که این کار را در Riken انجام داد ، گفت: "عدم نشان دادن تفاوت در بیان ژن ، ما را با این احتمال که تفاوت در فرکانس نوسان توسط واکنشهای مختلف بیوشیمیایی در سلول ها هدایت شود ، ایجاد می کند."bdr و در EMBL.

اما این تفاوت ها دقیقاً چه بود؟برای فهمیدن ، این تیم به میزان تخریب پروتئین HES7 نگاه کرد که نقش مهمی در چرخه نوسان در موش ها و انسان ها دارد. آنها مشاهده كردند كه هر دو نسخه انسانی و موش پروتئین HES7 در سلولهای انسانی آهسته تر از سلولهای موش تخریب می شوند. آنها همچنین دریافتند که مدت زمان لازم برای رونویسی از ژن HES7 به RNA مسنجر (mRNA) ، پردازش مولکول mRNA ، و ترجمه آن به پروتئین ها بسیار متفاوت بود. Ebisuya می گوید: "بنابراین ما می توانیم نشان دهیم که در واقع محیط سلولی در سلول های انسان و موش است که باعث ایجاد تفاوت در سرعت واکنش بیوشیمیایی و در نتیجه در مقیاس های زمانی درگیر شده است."

به سمت درک بهتر از رشد مهره داران

همانطور که Ebisuya توضیح می دهد ، مشاهدات آنها باعث شد دانشمندان مفهوم "تخصیص توسعه" را توسعه دهند ، اصطلاحی که به معنای چیزی در زمان های مختلف است. Ebisuya می گوید: "مطالعه ما به ما کمک می کند تا روند پیچیده ای را که از طریق آن مهره ها توسعه می یابد ، درک کنیم.""یکی از سؤالات مهم باقی مانده که می خواهیم به آن پاسخ دهیم این است که دقیقاً تفاوت در میزان واکنش در سلولهای موش و انسانی را ایجاد می کند. ما قصد داریم در آینده نزدیک این راز را روشن کنیم. "

el reloj del desarrollo de las células humanas y de los ratones funciona a velocidades differentes

el reloj interno que gobierna el desarrollo de los Embiones es más lento en los humanos que en los ratones. Las Diferencias Entre Las Especies en Cuanto al Ritmo de desarrollo se basan en la velocidad de sus reacciones bioquímicas.

científicos del centro de investigación de dinámica de biosistemas riken ، del embl barcelona ، de la Universitat pompeu fabra y de la universidad de kyoto han descibierto que la señal rítmica del "reloj de seegmentación". Del Patrón Corporal En Embriones ، اواخر Más Lento en Humanos que en Ratones. la diferencia se debe a que algunas reacciones bioquímicas en las células humanas progresan a un ritmo menor.

cada به ویژه یک su ritmo

در مرحله اولیه رشد مهره داران، جنین به یک سری از بخش ها تبدیل می شود که در نهایت به انواع مختلف بافت مانند ماهیچه یا استخوان متمایز می شود. این فرآیند توسط یک فرآیند بیوشیمیایی نوسانی، به نام «ساعت قطعه‌بندی»، کنترل می‌شود که سرعت آن بر اساس گونه‌ها متفاوت است. در موش ها، هر نوسان ساعت تقسیم بندی حدود دو ساعت طول می کشد، در حالی که در سلول های انسانی پنج ساعت طول می کشد. با این حال، اینکه چرا طول مدت این چرخه بین گونه های مختلف متفاوت است، همچنان یک راز باقی مانده است.

برای حل این معما، محققان از سلول های بنیادی جنینی موش و سلول های بنیادی پرتوان القایی انسان (iPS) استفاده کرده اند. هر دو این توانایی را دارند که برای تشکیل انواع دیگر سلول ها در بدن تخصص پیدا کنند. دانشمندان آنها را به نوع سلولی به نام مزودرم پیشومیتی (PSM) تبدیل کرده‌اند که توسعه آن توسط «ساعت قطعه‌بندی» کنترل می‌شود.

ابتدا، دانشمندان بررسی کرده اند که آیا تفاوت در فرکانس نوسان بین دو نوع سلول به دلیل نحوه ارتباط سلول ها با یکدیگر است یا اینکه منشأ این اختلاف در فرآیندهای بیوشیمیایی در هر سلول است. از طریق آزمایش‌های جداسازی سلول یا مسدود کردن سیگنال مهم، آنها متوجه شده‌اند که این فرآیندهای بیوشیمیایی درون سلول‌ها هستند که فرکانس‌های مختلف را ایجاد می‌کنند.

نرخ‌های مختلف واکنش بیوشیمیایی توضیح می‌دهد که چرا موش‌ها سریع‌تر از انسان رشد می‌کنند

پس از تایید این موضوع که فرآیندهای کلیدی که بر نوسانات ساعت تقسیم‌بندی در سلول‌ها رخ می‌دهند، محققان شروع به شک کردند که تفاوت در سرعت رشد ممکن است به دلیل ژنی به نام HES7 باشد. با این حال، در کمال تعجب، یک سری آزمایش که در آن ژن‌های HES7 را بین سلول‌های انسانی و سلول‌های موش تغییر دادند، بر طول چرخه تأثیری نداشت.

میکی ابیسویا، که در حال حاضر به عنوان رهبر گروه در EMBL بارسلونا کار می کند، می گوید: «نتوانیم تفاوتی را در بیان ژن نشان دهیم، تنها این احتمال را برای ما ایجاد می کند که تفاوت در فرکانس نوسان به دلیل واکنش های مختلف بیوشیمیایی درون سلول ها باشد. و چه کسی در RIKEN BDR و در EMBL کار کرده است.

اما این تفاوت ها دقیقاً چیست؟برای فهمیدن ، این تیم میزان تخریب پروتئین HES7 را که نقش مهمی در چرخه نوسان دارد ، چه در موش و چه در انسان ، بررسی کرده است. و آنها مشاهده کرده اند که پروتئین HES7 نسبت به سلولهای موش در سلولهای انسانی آهسته تر تخریب می شود. آنها همچنین دریافتند که زمانی که سلول ها برای رونویسی از ژن HES7 به یک RNA پیام رسان (MNA) می روند ، مولکول mRNA را پردازش می کنند و آن را به پروتئین ها ترجمه می کنند. Ebisuya می گوید: "به این ترتیب ، ما توانسته ایم نشان دهیم که این محیط سلولی سلول های انسان و موش است که باعث ایجاد سرعت در واکنش بیوشیمیایی می شود و بنابراین ، در مقیاس های زمانی درگیر است."

به سمت درک بهتر از رشد مهره داران

همانطور که Ebisuya توضیح می دهد ، مشاهدات وی باعث شده است که دانشمندان مفهوم "توسعه توسعه" را توسعه دهند ، اصطلاحی که به معنای آن است که چیزی در مقیاس های مختلف زمانی ایجاد می شود. Ebisuya می افزاید: "مطالعه ما به ما کمک می کند تا روند پیچیده ای را که از طریق آن مهره ها توسعه می یابد ، درک کنیم."وی گفت: "یكی از سؤالاتی كه در انتظار است و ما می خواهیم به آن پاسخ دهیم این است كه دقیقاً تفاوت در میزان واکنش در سلولهای انسانی و میزان موش چیست. ما می خواهیم در آینده نزدیک این راز را روشن کنیم. "