Μια πρωτοποριακή μελέτη, με επικεφαλής τους καθηγητές Yossi Buganim στο Ινστιτούτο Ιατρικής Έρευνας της Ιατρικής Σχολής του Εβραϊκού Πανεπιστημίου της Ιερουσαλήμ (HU) και Tommy Kaplan στη Σχολή Επιστήμης και Μηχανικής των Υπολογιστών και στο Τμήμα Υπολογιστικής Βιολογίας του HU, αποκάλυψε 14.000 μοναδικές θέσεις στο DNA που μαζί σχηματίζουν το πιο στοιχειώδες σχέδιο για την εμβρυογένεση — τη δημιουργία εμβρύων. Τα ευρήματά τους δημοσιεύθηκαν στο Nature Communications.
Το 2006, Ιάπωνες επιστήμονες εισήγαγαν τέσσερα εμβρυϊκά γονίδια σε κύτταρα του δέρματος και επαναπρογραμμάτισαν με επιτυχία τα εν λόγω κύτταρα του δέρματος ώστε να συμπεριφέρονται όπως τα εμβρυϊκά βλαστικά κύτταρα. Τα τεχνητά εμβρυϊκά βλαστικά κύτταρα που κατασκευάστηκαν από δερματικά κύτταρα είναι πανομοιότυπα με τα φυσικά βλαστικά κύτταρα που αναπτύσσονται στα πρώτα στάδια της διαδικασίας εμβρυϊκής ανάπτυξης και είναι υπεύθυνα για την ανάπτυξη όλων των κυττάρων ενός εμβρύου. Ωστόσο, δεν μπορούν να δημιουργήσουν εξωεμβρυϊκούς ιστούς, όπως ο πλακούντας.
Το 2015, ο καθηγητής Buganim και η ομάδα του ανακάλυψαν πρώτοι τον τρόπο δημιουργίας τεχνητών βλαστικών κυττάρων του πλακούντα από κύτταρα του δέρματος. Αυτό το βήμα επέτρεψε στους επιστήμονες να δημιουργήσουν τους δύο πρώτους τύπους βλαστικών κυττάρων στη διαδικασία εμβρυϊκής ανάπτυξης που συμβαίνει αμέσως μετά τη γονιμοποίηση ενός ωαρίου από το σπέρμα.
Στην παρούσα μελέτη, η ερευνητική ομάδα του HU, στην οποία συμμετείχαν οι διδακτορικοί φοιτητές Mohammad Jaber, Ahmed Radwan και Netanel Loyfer, εξέτασε προσεκτικά τη διαδικασία που υφίστανται τα δερματικά κύτταρα για να μετατραπούν είτε σε εμβρυϊκά είτε σε πλακουντιακά βλαστικά κύτταρα.
«Αναλύσαμε τις αλλαγές που υφίστανται τα δερματικά κύτταρα για να αλλάξουν την ταυτότητά τους και να γίνουν ένας από τους δύο πρώτους τύπους βλαστικών κυττάρων. Εξετάσαμε τις αλλαγές στη γονιδιακή έκφραση του δερματικού κυττάρου, στην προσβασιμότητα και τη δραστηριότητα του DNA εντός του πυρήνα του μεταβαλλόμενου δερματικού κυττάρου και στους επιγενετικούς δείκτες (δηλαδή στα σημάδια που διακοσμούν το DNA και είναι υπεύθυνα για τη γονιδιακή έκφραση). Όλα αυτά είναι κρίσιμα όταν προσπαθούμε να μετατρέψουμε ένα δερματικό κύτταρο σε τεχνητό εμβρυϊκό ή πλακουντιακό βλαστικό κύτταρο», εξηγεί ο Buganim.
Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι οι αλλαγές που λαμβάνουν χώρα στα δερματικά κύτταρα για να μετατραπούν είτε σε εμβρυϊκά είτε σε πλακουντιακά τεχνητά βλαστικά κύτταρα ήταν εντελώς διαφορετικές μεταξύ τους σε κάθε επίπεδο, παρά το γεγονός ότι και τα δύο ξεκίνησαν ως δερματικά κύτταρα.
Όταν ένα δερματικό κύτταρο μετατρέπεται σε τεχνητό εμβρυϊκό βλαστικό κύτταρο, τα τμήματα του DNA που είναι υπεύθυνα για τη δημιουργία του εγκεφάλου, της καρδιάς και του ήπατος άρχισαν να αναδιοργανώνονται και να προετοιμάζονται για να διαφοροποιηθούν -με το κατάλληλο σήμα- σε κύτταρα εγκεφάλου, καρδιάς ή ήπατος. Από την άλλη πλευρά, όταν τα ίδια αυτά κύτταρα μετασχηματίζονταν σε ένα τεχνητό βλαστικό κύτταρο πλακούντα, τα τμήματα του DNA άρχισαν να αναδιοργανώνονται ώστε να επιτρέψουν στο μεταβαλλόμενο κύτταρο να εμφυτευτεί και να προσελκύσει αιμοφόρα αγγεία, ένα φαινόμενο που συμβαίνει φυσικά, επιτρέποντας στο έμβρυο να εμφυτευτεί στη μήτρα.
Η πιο αξιοσημείωτη ανακάλυψη έγινε όταν η ομάδα συνέκρινε τις δύο διαδικασίες δίπλα-δίπλα και εξέτασε ένα χημικό μόριο που ονομάζεται μεθύλιο, το οποίο αλληλεπιδρά με συγκεκριμένες περιοχές του DNA και είναι υπεύθυνο για την αποσιώπηση της έκφρασής τους. «Ανακαλύψαμε ότι τα τεχνητά βλαστικά κύτταρα του πλακούντα περιείχαν σχεδόν 14.000 θέσεις DNA με μεθύλιο, αλλά δεν υπήρχαν πουθενά στα τεχνητά εμβρυϊκά βλαστικά κύτταρα», λέει ο Buganim.
Όταν η ερευνητική ομάδα προσπάθησε να κατανοήσει τη σημασία αυτών των περιοχών του DNA, διαπίστωσε ότι είναι υπεύθυνες για τη δημιουργία όλων των οργάνων και των κυττάρων στα αναπτυσσόμενα έμβρυα – από τον εγκέφαλο, την καρδιά, το συκώτι και τους νεφρούς μέχρι τον σκελετό, τον νωτιαίο μυελό και τους συνδετικούς ιστούς.
Προχωρώντας προς τα εμπρός, αυτή η σημαντική ανακάλυψη μπορεί να βοηθήσει στην εξήγηση του εμβρυϊκού συστήματος άμυνας, το οποίο εμποδίζει τα πρώιμα κύτταρα του πλακούντα να εξελιχθούν σε εμβρυϊκά κύτταρα. «Δεδομένου ότι τα κύτταρα του πλακούντα είναι ευαίσθητα σε βλάβες και λοιμώξεις, ο φυσικός αμυντικός μηχανισμός του οργανισμού εμποδίζει τα κύτταρα του πλακούντα να μεταναστεύσουν στο αναπτυσσόμενο έμβρυο και να προσκολληθούν σε αυτό για να γίνουν μέρος του εμβρύου», εξηγεί ο Buganim.
«Συνολικά, η μελέτη αυτή φωτίζει βασικά χαρακτηριστικά που χαρακτηρίζουν την ικανότητά μας να επαναπρογραμματίζουμε κύτταρα και παρέχει ένα ισχυρό εργαλείο για τη μελέτη της κυτταρικής πλαστικότητας και των αποφάσεων κυτταρικής μοίρας», καταλήγει ο ίδιος.
