پیری با تغییرات گسترده در تنظیم بیان ژن و اپیژنتیک همراه است. بازبرنامهریزی کامل سلولهای سوماتیک به سلولهای بنیادی پرتوان القایی، سن اپیژنتیک را بازنشانی میکند، اما با از دست رفتن هویت سلولی همراه است. مطالعات قبلی نشان دادهاند که بیان گذرای فاکتورهای بازبرنامهریزی میتواند برخی نشانههای پیری را معکوس کند، با این حال میزان جوانسازی محدود بوده است.
در این مطالعه نشان میدهیم که توقف بازبرنامهریزی در مرحلهای خاص از فاز بلوغ، که آن را بازبرنامهریزی گذرای مرحله بلوغ مینامیم، میتواند منجر به جوانسازی قابلتوجه سلولهای انسانی شود، در حالی که هویت سوماتیک آنها حفظ میشود. با استفاده از آنالیزهای چنداُمیکی شامل ترنسکریپتوم، متیلاسیون DNA و پروتئوم، نشان دادیم که فیبروبلاستهای انسانی پس از این مداخله، الگوهایی مشابه سلولهای جوانتر نشان میدهند.
ساعتهای ترنسکریپتومی و اپیژنتیکی کاهش چشمگیری در سن بیولوژیک سلولها را نشان دادند که در برخی موارد معادل بازگشت حدود ۳۰ سال از سن مولکولی بود. همچنین سلولها بهبود عملکردی شامل افزایش تولید کلاژن و افزایش سرعت مهاجرت سلولی را نشان دادند. این نتایج بیانگر آن است که پیری سلولی تا حد زیادی برگشتپذیر است و میتوان بدون عبور از پرتوانی کامل، ویژگیهای جوانی را بازیابی کرد.
جوانسازی چنداُمیکی سلولهای انسانی
پیری یک فرآیند زیستی پیچیده است که با کاهش تدریجی عملکرد سلولی و بافتی همراه بوده و زمینهساز بسیاری از بیماریهای وابسته به سن میشود. در سطح مولکولی، پیری با تغییرات گسترده در بیان ژن، ساختار کروماتین، متیلاسیون DNA و ترکیب پروتئینی سلول مشخص میشود.
کشف بازبرنامهریزی سلولهای سوماتیک به سلولهای بنیادی پرتوان القایی نشان داد که سن بیولوژیک سلولها قابل بازنشانی است. با این حال، این فرآیند با از دست رفتن کامل هویت سلولی و خطرات بالقوه مانند تومورزایی همراه است.
مطالعات اخیر تلاش کردهاند با بازبرنامهریزی گذرا برخی ویژگیهای جوانی را بدون تبدیل کامل سلولها به حالت بنیادی بازگردانند، اما میزان جوانسازی محدود بوده است. بازبرنامهریزی شامل مراحل آغازین، بلوغ و تثبیت است و نقش دقیق مرحله بلوغ در جوانسازی تاکنون بهخوبی بررسی نشده است.
در این مطالعه، فرض بر این گذاشته شد که توقف هدفمند بازبرنامهریزی در مرحله بلوغ میتواند جوانسازی عمیقتری ایجاد کند، بدون آنکه سلولها هویت سوماتیک خود را از دست بدهند. برای آزمون این فرضیه، فیبروبلاستهای انسانی تحت بازبرنامهریزی گذرای مرحله بلوغ قرار گرفتند و تغییرات آنها در سطح چنداُمیکی بررسی شد.
نتایج (Results)
۱. توقف بازبرنامهریزی در مرحله بلوغ
فیبروبلاستهای انسانی با استفاده از سیستم القاپذیر داکسیسیکلین، فاکتورهای یاماناکا را بهطور موقت بیان کردند. پس از ورود سلولها به مرحله بلوغ، بیان فاکتورها متوقف شد و سلولها به وضعیت سوماتیک پایدار بازگشتند، بدون فعالسازی پرتوانی کامل.
۲. جوانسازی ترنسکریپتومی
آنالیز RNA-seq نشان داد که الگوی بیان ژن در سلولهای تیمارشده بهطور قابلتوجهی به سلولهای جوانتر نزدیک شده است. ژنهای مرتبط با التهاب و پیری کاهش یافته و ژنهای مرتبط با ماتریکس خارجسلولی و عملکرد فیبروبلاست افزایش یافتند.
۳. کاهش سن بیولوژیک
ساعتهای ترنسکریپتومی کاهش چشمگیر سن بیولوژیک را نشان دادند که در برخی موارد معادل بازگشت حدود ۳۰ سال بود. این اثر بسیار قویتر از روشهای بازبرنامهریزی گذرای قبلی بود.
۴. جوانسازی اپیژنتیکی
الگوهای متیلاسیون DNA به سمت الگوهای جوانتر تغییر کردند. همچنین بازیابی نشانگرهای کروماتینی مانند H3K9me3 مشاهده شد که نشاندهنده بازآرایی کروماتین به حالت جوانتر است.
۵. تغییرات پروتئومی
آنالیز پروتئوم نشان داد که تغییرات بیان RNA در سطح پروتئین نیز منعکس شدهاند. پروتئینهای مرتبط با عملکرد طبیعی فیبروبلاست افزایش و پروتئینهای التهابی کاهش یافتند.
۶. بهبود عملکرد سلولی
سلولهای تیمارشده تولید کلاژن بیشتری داشتند و سرعت مهاجرت آنها افزایش یافت که از ویژگیهای سلولهای جوان است.
۷. حفظ هویت سلولی
در هیچیک از آنالیزها شواهدی از پرتوانی پایدار مشاهده نشد و نشانگرهای اختصاصی فیبروبلاست حفظ شدند.
روشها (Methods)
فیبروبلاستهای انسانی از اهداکنندگان بالغ تهیه و در شرایط استاندارد کشت داده شدند. بازبرنامهریزی با سیستم لنتیویروسی القاپذیر با داکسیسیکلین انجام شد. پس از توقف بازبرنامهریزی در مرحله بلوغ، سلولها به محیط کشت فیبروبلاست بازگردانده شدند.
آنالیزهای RNA-seq برای بررسی ترنسکریپتوم، بررسی متیلاسیون DNA برای تحلیل اپیژنتیک، و طیفسنجی جرمی برای آنالیز پروتئوم انجام شد. آزمایشهای عملکردی شامل سنجش تولید کلاژن و مهاجرت سلولی بود.
بحث و نتیجهگیری (Discussion & Conclusion)
این مطالعه نشان میدهد که توقف هدفمند بازبرنامهریزی در مرحله بلوغ میتواند منجر به جوانسازی عمیق سلولهای انسانی شود، بدون از دست رفتن هویت سوماتیک. برخلاف رویکردهای قبلی، این روش کاهش چشمگیر سن بیولوژیک را در سطوح ترنسکریپتومی، اپیژنتیکی و پروتئومی نشان داد.
جوانسازی مولکولی با بهبود عملکرد سلولی همراه بود که اهمیت بالقوه بالینی این روش را بهویژه برای بافتهایی مانند پوست برجسته میکند. عدم فعال شدن پرتوانی پایدار نشان میدهد که این رویکرد ممکن است ایمنتر از بازبرنامهریزی کامل باشد، هرچند بررسیهای درونتنی و بلندمدت همچنان ضروری است.
در مجموع، این نتایج نشان میدهند که پیری سلولی تا حد زیادی قابل برگشت است و میتوان با مداخلهای دقیق در مسیر بازبرنامهریزی، ویژگیهای جوانی را بدون تغییر هویت سلولی بازیابی کرد؛ رویکردی که میتواند پایهای برای درمانهای بازساختی و ضدپیری آینده باشد.