Κυτταρικός Επαναπρογραμματισμός

Είναι γνωστό πως όλα τα κύτταρα του ορανισμού των μεταζώων προέρχονται απο τις διαδοχικές διαιρέσεις ενός και μόνο αρχικού κυττάρου, του ζυγωτού. Καθώς το ζυγωτό έχει την δυνατότητα να μετατραπεί πρακτικά σε οποιονδήποτε τύπο κυττάρου του οργανισμού, χαρακτηρίζεται ως ενα κύτταρο παντοδύναμο (totipotent). Οταν οι διαιρέσεις συνεχίζονται, τα κύτταρα αρχίζουν να σχηματίζουν βλαστητικές στρώσεις, ιστούς και όργανα, καθώς αρχίζουν να εξειδικεύονται και να διαφοροποιούνται. Η παντοδυναμία αρχίζει να χάνεται απο πολύ νωρίς, ηδη απο το στάδιο της βλαστοκύστης (4-5 ημερών) τα κύτταρα αρχίζουν να χαρακτηρίζονται ως ολοδύναμα. Ετσι σε ένα ενήλικο άτομο η πλειοψηφία των κυττάρων του θα ανήκει σε μία γενεαλογική σειρά απο την οποία θα είναι αδύνατον να αποκλείσει, υπο φυσιολογικές συνθήκες. Τα μόνα κύτταρα που διατηρούν κάποιου τύπου πολυδυναμία είναι τα βλαστικά κύτταρα ενηλήκων, τα οποία μπορούν να παράγουν νεα κύτταρα της δικίας τους γενεαλογικής σειρας.

Μέχρι μερικά χρόνια πρίν θεωρούνταν πως η διαφοροποίηση είναι μία μονόδρομη διαδικασία χωρίς επιστροφή. Αν και in vivo αυτό παραμένει αλήθεια, εχουν αναπτυχθεί τεχνολογίες οι οποίες μας επιτρέπουν να επαναπρογραμματίζουμε κύτταρα in vitro. Με τον όρο επαναπρογραμματισμό εννοούμε την επιστροφή των κυττάρων σε μία ολοδύναμη ή πολυδύναμη κατάσταση παρόμοια με αυτή των βλαστοκυττάρων και την διαφοροποίηση τους σε κύτταρά άλλων γενεαλογικών σειρών απο τη δικιά τους. Η κλωνοποίηση της Dolly, είναι ένα παράδειγμα τέτοιας τεχνολογίας. Το αρχικό κύτταρο του οποίου ο πυρήνας χρησιμοποιήθηκε, πάρθηκε από μια κυτταροκαλλιεργεια μαστού ενός πρόβατου που είχε ήδη πεθάνει. Ο πυρήνας αυτός μεταφέρθηκε σε κυτταρόπλασμα ζυγωτού, όπου η επίδραση των παρόντων μεταγραφικών παραγόντων του προσέδωσαν ξανά παντοδυναμία. Έτσι γεννήθηκε το πρόβατο που, αφού προήλθε από κύτταρο μαστού, ονομάστηκε Dolly προς τιμήν (των μαστών) της Αμερικανίδας τραγουδίστριας Dolly Parton…

Στην εικόνα αυτή φαίνεται σχηματικά και απλοποιημένα η πορεία της διαφοροποίησης, απο το ζυγωτό σε ιστούς

 Την ικανότητα αυτή του επαναπρογραματισμού την έχουν όλα τα εμβρυικά αρχέγονα κύτταρα . Παρομοίως με την κλωνοποίηση, για τα πειράματα επαναπρογραμματισμού χρησιμοποιούνται συχνά χιμαιρικά κύτταρα, που προέρχονται απο την σύντηξη ενός εμβρυϊκού αρχέγονου κυττάρου (Embryonic Stem Cell) και ενός σωματικού κυττάρου. Μερικές απο τα παντοδυναμικά χαρακτηριστικά που αποκτούν οι σωματικοί πυρήνες τέτοιων χειμέρων είναι η πρόωρη αντιγράφη, η επανενεροποίηση του Χ φυλετικού χρωμοσώματος (σε θυληκά) και η έκρφραση του υποκινητή του Oct4.

Oct4 και iPCS

Ο Oct4 είναι ένας μεταγραφικός παράγοντας που σχετίζεται με την αυτοανανέωση των ESC και αποτελεί έναν απο τους σημαντικότερους δείκτες βλαστοκυττάρων. Σε πειράματα χρησιμοποιήθηκε μαζί με τους Sox2, Klf4 και c-Myc για τον επαναπρογραμματισμο ινοβλαστών σε επαγόμενα ολοδύναμα αρχέγονα κύτταρα (induced pluoripotent stem cells). Τα κύτταρα αυτά έχουν πολλά κοινά με τα ESC, τα παρομοιάζουν, αλλά δεν θεωρούνται ίδια (το μεταγραφικό τους προφίλ διαφέρει). Σε αντίθεση όμως με τα ESC τα οποία υπάρχουν σε πολύ μικρά ποσοστά στο σώμα ενός ενήλικα, τα iPSC μπορούν να φτιαχτούν στο εργαστήριο και να χρησιμοποιηθούν για την θεραπεία ασθενειών.

Μια διαγραμματική ανασκόπηση της p53 

P53

Η p53 είναι μια πρωτείνη που ρυθμίζει τον κυτταρικό κύκλο και σχετίζεται με την καταστολή όγκων. Το επιτυγχάνει αυτό σαρώνοντας το γονιδίωμα, ψάχνοντας για λάθη τα οποία πιθανόν να οδηγούσαν σε ανεξέλεγκτο πολλαπλασιασμό και “παγώνει” τον κυτταρικό κύκλο μέχρι αυτά να επιδιορθωθούν. Σε περίπτωση που η βλάβη είναι άνευ επιδιόρθωσης, επάγει απόπτωση. Χάρη στην λειτουργία της αυτή, χαρακτηρίζεται ως ο φύλακας του γονιδιώματος. Έτσι αν και είναι πολύ χρήσιμη στον οργανισμό μας, λειτουργεί ως φραγμός για τον επαναπρογραμματισμό (συχνά επάγοντας απόπτωση). Η μείωση της δράσης της αυξάνει σημαντικά την απόδοση επαναπρογραμματισμού.

Επιγενετικές αλλαγές

Ακόμα και αν επαναφέρουμε ένα σωματικό κύτταρο σε μία πιό πολυδύναμη κατάσταση, οι επιγενετικές αλλαγές που πιθανόν να έχουν συσσωρευτεί στο γονιδίωμα του πολύ συχνά θα μείνουν και θα προκαλέσουν προβλήματα στους αναπτυσσόμενους ιστούς. Θεωρείται πως αυτός είναι και ένας από τους λόγους που οι κλωνοποιημένοι οργανισμοί, όπως η Dolly, συχνά πεθαίνουν σε πολύ μικρότερη ηλικία. Για το πρόβλημα αυτό έχει μπορεί να δώσει λύση μία ειδική μεθυλοτρανσφεράση, η DNMT1, η οποία επαλείφει την επιγενετική μνήμη απομεθυλιώνοντας μεγάλες περιοχές του γονιδιώματος.

Αλλαγή γενεαλογικής σειράς

Με την εισαγωγή των κατάλληλων μεταγραφικών παραγόντων είναι δυνατόν να αλλάξει η μοίρα ενός κυττάρου και να μεταδιαφοροποιηθεί σε κύτταρο άλλης γενεαλογικής σειράς. Κάτι τέτοιο έγινε για πρώτη φορά το 1987 όταν οι David et al. καταφερόταν να μετατρέξουν ινοβλάστες σε μύοβλαστες εκφράζοντας τον παράγοντα MyoD. Η ανακάλυψη αυτή αυξάνει περαιτέρω τις πρακτικές εφαρμογές των βλαστοκυττάρων στην ιατρική, αφού θα είναι πλέον δυνατή η παραγωγή περισσότερων ιστών από τα κύτταρα ενός ασθενούς, χωρίς να χρειάζεται να απομονωθούν αρχέγονα κύτταρα της συγκεκριμένης γενεαλογίας (πχ νευροβλάστες)

Πηγές

• https://www.technologynetworks.com/cell-science/articles/cell-potency-totipotent-vs-pluripotent-vs-multipotent-stem-cells-303218
• http://stemcell.childrenshospital.org/about-stem-cells/pluripotent-stem-cells-101/why-are-pluripotent-stem-cells-important/
• https://stemcellsjournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/stem.765

TrueMed-ForLivingMore

Δες επίσης

Κυτταρικός Επαναπρογραμματισμός

Ζωχιός Γεώργιος

Είναι γνωστό πως όλα τα κύτταρα του ορανισμού των μεταζώων προέρχονται απο τις διαδοχικές διαιρέσεις ενός και μόνο αρχικού κυττάρου, του ζυγωτού. Καθώς το ζυγωτό έχει την δυνατότητα να μετατραπεί πρακτικά σε οποιονδήποτε τύπο κυττάρου του οργανισμού, χαρακτηρίζεται ως ενα κύτταρο παντοδύναμο (totipotent). Οταν οι διαιρέσεις συνεχίζονται, τα κύτταρα αρχίζουν να σχηματίζουν βλαστητικές στρώσεις, ιστούς και όργανα, καθώς αρχίζουν να εξειδικεύονται και να διαφοροποιούνται. Η παντοδυναμία αρχίζει να χάνεται απο πολύ νωρίς, ηδη απο το στάδιο της βλαστοκύστης (4-5 ημερών) τα κύτταρα αρχίζουν να χαρακτηρίζονται ως ολοδύναμα. Ετσι σε ένα ενήλικο άτομο η πλειοψηφία των κυττάρων του θα ανήκει σε μία γενεαλογική σειρά απο την οποία θα είναι αδύνατον να αποκλείσει, υπο φυσιολογικές συνθήκες. Τα μόνα κύτταρα που διατηρούν κάποιου τύπου πολυδυναμία είναι τα βλαστικά κύτταρα ενηλήκων, τα οποία μπορούν να παράγουν νεα κύτταρα της δικίας τους γενεαλογικής σειρας.

Μέχρι μερικά χρόνια πρίν θεωρούνταν πως η διαφοροποίηση είναι μία μονόδρομη διαδικασία χωρίς επιστροφή. Αν και in vivo αυτό παραμένει αλήθεια, εχουν αναπτυχθεί τεχνολογίες οι οποίες μας επιτρέπουν να επαναπρογραμματίζουμε κύτταρα in vitro. Με τον όρο επαναπρογραμματισμό εννοούμε την επιστροφή των κυττάρων σε μία ολοδύναμη ή πολυδύναμη κατάσταση παρόμοια με αυτή των βλαστοκυττάρων και την διαφοροποίηση τους σε κύτταρά άλλων γενεαλογικών σειρών απο τη δικιά τους. Η κλωνοποίηση της Dolly, είναι ένα παράδειγμα τέτοιας τεχνολογίας. Το αρχικό κύτταρο του οποίου ο πυρήνας χρησιμοποιήθηκε, πάρθηκε από μια κυτταροκαλλιεργεια μαστού ενός πρόβατου που είχε ήδη πεθάνει. Ο πυρήνας αυτός μεταφέρθηκε σε κυτταρόπλασμα ζυγωτού, όπου η επίδραση των παρόντων μεταγραφικών παραγόντων του προσέδωσαν ξανά παντοδυναμία. Έτσι γεννήθηκε το πρόβατο που, αφού προήλθε από κύτταρο μαστού, ονομάστηκε Dolly προς τιμήν (των μαστών) της Αμερικανίδας τραγουδίστριας Dolly Parton…

Στην εικόνα αυτή φαίνεται σχηματικά και απλοποιημένα η πορεία της διαφοροποίησης, απο το ζυγωτό σε ιστούς

 Την ικανότητα αυτή του επαναπρογραματισμού την έχουν όλα τα εμβρυικά αρχέγονα κύτταρα . Παρομοίως με την κλωνοποίηση, για τα πειράματα επαναπρογραμματισμού χρησιμοποιούνται συχνά χιμαιρικά κύτταρα, που προέρχονται απο την σύντηξη ενός εμβρυϊκού αρχέγονου κυττάρου (Embryonic Stem Cell) και ενός σωματικού κυττάρου. Μερικές απο τα παντοδυναμικά χαρακτηριστικά που αποκτούν οι σωματικοί πυρήνες τέτοιων χειμέρων είναι η πρόωρη αντιγράφη, η επανενεροποίηση του Χ φυλετικού χρωμοσώματος (σε θυληκά) και η έκρφραση του υποκινητή του Oct4.

Oct4 και iPCS

Ο Oct4 είναι ένας μεταγραφικός παράγοντας που σχετίζεται με την αυτοανανέωση των ESC και αποτελεί έναν απο τους σημαντικότερους δείκτες βλαστοκυττάρων. Σε πειράματα χρησιμοποιήθηκε μαζί με τους Sox2, Klf4 και c-Myc για τον επαναπρογραμματισμο ινοβλαστών σε επαγόμενα ολοδύναμα αρχέγονα κύτταρα (induced pluoripotent stem cells). Τα κύτταρα αυτά έχουν πολλά κοινά με τα ESC, τα παρομοιάζουν, αλλά δεν θεωρούνται ίδια (το μεταγραφικό τους προφίλ διαφέρει). Σε αντίθεση όμως με τα ESC τα οποία υπάρχουν σε πολύ μικρά ποσοστά στο σώμα ενός ενήλικα, τα iPSC μπορούν να φτιαχτούν στο εργαστήριο και να χρησιμοποιηθούν για την θεραπεία ασθενειών.

Μια διαγραμματική ανασκόπηση της p53 

P53

Η p53 είναι μια πρωτείνη που ρυθμίζει τον κυτταρικό κύκλο και σχετίζεται με την καταστολή όγκων. Το επιτυγχάνει αυτό σαρώνοντας το γονιδίωμα, ψάχνοντας για λάθη τα οποία πιθανόν να οδηγούσαν σε ανεξέλεγκτο πολλαπλασιασμό και “παγώνει” τον κυτταρικό κύκλο μέχρι αυτά να επιδιορθωθούν. Σε περίπτωση που η βλάβη είναι άνευ επιδιόρθωσης, επάγει απόπτωση. Χάρη στην λειτουργία της αυτή, χαρακτηρίζεται ως ο φύλακας του γονιδιώματος. Έτσι αν και είναι πολύ χρήσιμη στον οργανισμό μας, λειτουργεί ως φραγμός για τον επαναπρογραμματισμό (συχνά επάγοντας απόπτωση). Η μείωση της δράσης της αυξάνει σημαντικά την απόδοση επαναπρογραμματισμού.

Επιγενετικές αλλαγές

Ακόμα και αν επαναφέρουμε ένα σωματικό κύτταρο σε μία πιό πολυδύναμη κατάσταση, οι επιγενετικές αλλαγές που πιθανόν να έχουν συσσωρευτεί στο γονιδίωμα του πολύ συχνά θα μείνουν και θα προκαλέσουν προβλήματα στους αναπτυσσόμενους ιστούς. Θεωρείται πως αυτός είναι και ένας από τους λόγους που οι κλωνοποιημένοι οργανισμοί, όπως η Dolly, συχνά πεθαίνουν σε πολύ μικρότερη ηλικία. Για το πρόβλημα αυτό έχει μπορεί να δώσει λύση μία ειδική μεθυλοτρανσφεράση, η DNMT1, η οποία επαλείφει την επιγενετική μνήμη απομεθυλιώνοντας μεγάλες περιοχές του γονιδιώματος.

Αλλαγή γενεαλογικής σειράς

Με την εισαγωγή των κατάλληλων μεταγραφικών παραγόντων είναι δυνατόν να αλλάξει η μοίρα ενός κυττάρου και να μεταδιαφοροποιηθεί σε κύτταρο άλλης γενεαλογικής σειράς. Κάτι τέτοιο έγινε για πρώτη φορά το 1987 όταν οι David et al. καταφερόταν να μετατρέξουν ινοβλάστες σε μύοβλαστες εκφράζοντας τον παράγοντα MyoD. Η ανακάλυψη αυτή αυξάνει περαιτέρω τις πρακτικές εφαρμογές των βλαστοκυττάρων στην ιατρική, αφού θα είναι πλέον δυνατή η παραγωγή περισσότερων ιστών από τα κύτταρα ενός ασθενούς, χωρίς να χρειάζεται να απομονωθούν αρχέγονα κύτταρα της συγκεκριμένης γενεαλογίας (πχ νευροβλάστες)

Πηγές

• https://www.technologynetworks.com/cell-science/articles/cell-potency-totipotent-vs-pluripotent-vs-multipotent-stem-cells-303218
• http://stemcell.childrenshospital.org/about-stem-cells/pluripotent-stem-cells-101/why-are-pluripotent-stem-cells-important/
• https://stemcellsjournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/stem.765

TrueMed-ForLivingMore

Δες επίσης