راز شگفت‌انگیز ترمیم شنوایی ماهی‌ها و مارمولک‌ها فاش شد!

مطالعه جدید USC Stem Cell: شناسایی ژن‌های کلیدی برای بازسازی شنوایی در حیوانات

یک مطالعه جدید از USC Stem Cell که در مجله Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) منتشر شده است، ژن‌های کلیدی را شناسایی کرده که به برخی از حیوانات ناشنوا — از جمله ماهی‌ها و مارمولک‌ها — این امکان را می‌دهد که به طور طبیعی شنوایی خود را بازسازی کنند. این یافته‌ها می‌توانند راهنمایی برای تلاش‌های آینده در جهت تحریک بازسازی سلول‌های شنوایی حسی در بیماران مبتلا به اختلالات شنوایی و تعادل باشند.

این مطالعه که به رهبری نویسنده اول، تُو شی و نویسندگان همکار کسنیا گنیدوا و گِیج کرامپ در دانشکده پزشکی کک USC انجام شده، بر روی دو نوع سلول در گوش داخلی تمرکز دارد: سلول‌های حسی که صدا را تشخیص می‌دهند و سلول‌های پشتیبان که محیطی را فراهم می‌کنند تا سلول‌های حسی بتوانند به خوبی رشد کنند.

در گونه‌های با قابلیت بازسازی بالا مانند ماهی‌ها و مارمولک‌ها، سلول‌های پشتیبان می‌توانند پس از آسیب به سلول‌های حسی، جایگزین آن‌ها شوند — قابلیتی که در انسان‌ها، موش‌ها و سایر پستانداران وجود ندارد. برای درک بهتر این فرآیند شگفت‌انگیز بازسازی، دانشمندان تعیین کردند که چگونه ژن‌هایی که معمولاً فقط در سلول‌های حسی وجود دارند، می‌توانند در سلول‌های پشتیبان گونه‌های بازسازی‌کننده دوباره فعال شوند.

برای دستیابی به این هدف، دانشمندان نحوه چینش ژنوم را در سلول‌های حسی و پشتیبان گوش‌های داخلی ماهی‌های زبرا و مارمولک‌های سبز بررسی کردند. سپس آن‌ها عناصر کنترلی DNA برای ژن‌های حسی در ماهی‌های زبرا و مارمولک‌های سبز را با آن‌هایی که در موش‌ها وجود دارند مقایسه کردند، زیرا موش‌ها نمی‌توانند پس از آسیب، سلول‌های شنوایی حسی را جایگزین کنند.

تحقیقات جدید درباره توانایی بازسازی شنوایی در مهره‌داران

کریمپ، استاد گروه زیست‌شناسی سلول‌های بنیادی و پزشکی ترمیمی در دانشگاه کالیفرنیا، جنوبی، گفت: “با مقایسه دو نوع مهره‌دار با توانایی بازسازی، یعنی ماهی زبرا و سوسمارها، با مهره‌داران غیر بازسازی‌شونده مانند موش‌ها، به نکته‌ای اساسی در نحوه جایگزینی سلول‌های حسی برای بازگرداندن شنوایی در برخی مهره‌داران پی بردیم.”

آزمایش‌های آن‌ها نشان داد که یک گروه از عناصر کنترل DNA به نام “تقویت‌کننده‌ها” وجود دارد که پس از آسیب، تولید پروتئینی به نام ATOH1 را افزایش می‌دهند. این پروتئین به نوبه خود، مجموعه‌ای از ژن‌ها را که برای ساخت سلول‌های حسی گوش داخلی لازم است، فعال می‌کند. با استفاده از ابزار ویرایش ژن CRISPR، دانشمندان پنج عدد از این تقویت‌کننده‌ها را در ماهی زبرا حذف کردند که این امر منجر به اختلال در تشکیل سلول‌های شنوایی حسی در طول توسعه و همچنین بازسازی آن‌ها پس از آسیب شد.

کریمپ افزود: “در گذشته، حذف تقویت‌کننده‌های فردی معمولاً تأثیر زیادی نداشت. اما با هدف قرار دادن هر پنج تقویت‌کننده در ماهی زبرا، نقش حیاتی آن‌ها در توسعه و بازسازی را کشف کردیم.”

جالب است که با وجود اینکه ماهی زبرا نوع مشابهی از سلول‌های حسی را در یک ارگان آبی خاص به نام خط جانبی دارد که جریان و فشار آب را حس می‌کند، حذف‌های ژنتیکی تنها بر روی سلول‌های گوش داخلی آن‌ها تأثیر گذاشت. محققان دریافتند که موش‌ها تقویت‌کننده‌های معادل دارند که در طول توسعه جنینی در سلول‌های پیش‌ساز فعال هستند و به سلول‌های حسی و حمایتی گوش داخلی تبدیل می‌شوند. با این حال، تنها گونه‌های بازسازی‌شونده مانند ماهی‌ها و سوسمارها این تقویت‌کننده‌ها را در حالت باز در سلول‌های حمایتی خود تا بزرگسالی حفظ می‌کنند و این امر ظرفیت آن‌ها برای جایگزینی سلول‌های حسی آسیب‌دیده را حفظ می‌کند.

کریمپ گفت: “آنچه ما یافته‌ایم این است که نوع‌های خواهر سلولی در مهره‌داران بازسازی‌شونده، تقویت‌کننده‌های باز را از مراحل توسعه تا مراحل بزرگسالی حفظ می‌کنند و این امر به این سلول‌های مرتبط اجازه می‌دهد تا پس از آسیب یکدیگر را جایگزین کنند.” او افزود: “در آینده، استراتژی‌های هدفمند برای باز کردن این تقویت‌کننده‌ها در گوش داخلی انسان می‌تواند برای تقویت توانایی‌های بازسازی طبیعی ما و معکوس کردن ناشنوایی مورد استفاده قرار گیرد.”