Τα βλαστοκύτταρα θυμούνται τους προηγούμενους τραυματισμούς των ιστών
Τα βλαστοκύτταρα, διάσημα για την αναπλήρωση του αποθέματος άλλων τύπων κυττάρων του σώματος σε όλη τη διάρκεια της ζωής, μπορεί να έχουν μια πρόσθετη, απρόβλεπτη ικανότητα να αποθηκεύουν μνήμες προηγούμενων πληγών και φλεγμονών. Νέες μελέτες στο δέρμα, το έντερο και τους αεραγωγούς υποδεικνύουν ότι τα βλαστοκύτταρα, συχνά σε συνεργασία με το ανοσοποιητικό σύστημα, μπορούν να χρησιμοποιήσουν αυτές τις μνήμες για να βελτιώσουν τις αποκρίσεις των ιστών σε μεταγενέστερους τραυματισμούς και παθογόνους επιθέσεις.
«Αυτό που αρχίζουμε να συνειδητοποιούμε είναι ότι αυτά τα κύτταρα δεν είναι εκεί μόνο για να κάνουν ιστό. Στην πραγματικότητα έχουν άλλους ρόλους συμπεριφοράς», είπε ο Shruti Naik, ανοσολόγος στο Πανεπιστήμιο της Νέας Υόρκης που έχει μελετήσει αυτό το φαινόμενο της μνήμης στο δέρμα και σε άλλους ιστούς. Τα βλαστοκύτταρα, είπε, «έχουν μια εξαιρετική ικανότητα να αισθάνονται το περιβάλλον τους και να ανταποκρίνονται».
Αλλά όταν αυτές οι απαντήσεις πάνε στραβά, μπορεί να προκαλέσουν ή να συμβάλουν σε μια ποικιλία διαρκών προβλημάτων υγείας που περιλαμβάνουν χρόνια φλεγμονή, όπως σοβαρές αλλεργίες και αυτοφλεγμονώδεις διαταραχές.
Οι περισσότεροι ιστοί στο σώμα περιέχουν μικρές δεξαμενές μακρόβιων βλαστοκυττάρων που μπορούν να διαιρεθούν και να εξειδικεύονται σε μυριάδες κυτταρικούς τύπους όπως απαιτείται. Ένα βλαστοκύτταρο στο δέρμα, για παράδειγμα, μπορεί να διαιρεθεί και να δημιουργήσει σειρές κυττάρων που παράγουν χρωστική ουσία ή κερατίνη, κύτταρα που σχηματίζουν τους ιδρωτοποιούς αδένες ή ακόμα και τα εύκαμπτα κύτταρα φραγμού που επιτρέπουν στο δέρμα να τεντώνεται όταν το σώμα κινείται. Η λειτουργία ως μικροσκοπικά εργοστάσια για άλλους τύπους κυττάρων φαινόταν να είναι η κύρια λειτουργία των βλαστοκυττάρων και επειδή πρέπει να παραμείνουν ευέλικτα, μια υποκείμενη υπόθεση ήταν ότι πρέπει να είναι «κενές πλάκες», αμετάβλητες από την ιστορία τους. Αλλά τώρα μια νέα εικόνα αρχίζει να εμφανίζεται.
Τον Αύγουστο, μια Φύση Έγγραφο από ερευνητές της περιοχής της Βοστώνης πρόσφερε νέα στοιχεία για ένα είδος μνήμης στα βλαστοκύτταρα και μερικά από τα πρώτα για το φαινόμενο στους ανθρώπους. Η ομάδα, με επικεφαλής τον πρωτοπόρο της αλληλουχίας μονοκυττάρων, Alex Shalek και τον ανοσολόγο José Ordovas-Montañes, και οι δύο στο Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Μασαχουσέτης, και την ανοσολόγο Nora Barrett στο Brigham and Women's Hospital, είχε βάλει σκοπό να κατανοήσει γιατί μερικοί άνθρωποι υποφέρουν από εξουθενωτικές χρόνιες αλλεργίες στην αερομεταφερόμενη σκόνη, τη γύρη και άλλες ουσίες. Οι περισσότεροι άνθρωποι βιώνουν το πολύ μια παροδική περίοδο συμπτωμάτων που μοιάζουν με το κρύο από αυτά τα ερεθιστικά, αλλά περίπου το 12 τοις εκατό του πληθυσμού έχει μια σοβαρή αντίδραση που επιμένει όλο το χρόνο και οδηγεί σε άβολους πολύποδες ή αυξήσεις.
Το έργο είναι το πρώτο βήμα στη μεγαλύτερη προσπάθεια της ομάδας να κατανοήσει τις χρόνιες φλεγμονώδεις ασθένειες, όπως το άσθμα και η φλεγμονώδης νόσος του εντέρου, στις οποίες το ανοσοποιητικό σύστημα συνεχίζει να εξαπολύει περιττές επιθέσεις ακόμη και μετά την ολοκλήρωση της αρχικής πρόκλησης. Αυτοί οι τύποι αυτοφλεγμονωδών διαταραχών έχουν κατηγορηθεί εδώ και καιρό στο ανοσοποιητικό σύστημα, το οποίο πιστεύεται ότι αντιδρά υπερβολικά σε μια αντιληπτή απειλή. Αλλά η ομάδα της Βοστώνης υποψιάστηκε ότι μπορεί να υπάρχει μια αιτία στον ίδιο τον ιστό.
Ξεκίνησαν παίρνοντας κύτταρα από τις φλεγμονώδεις ρινικές κοιλότητες ατόμων με χρόνια ιγμορίτιδα και συγκρίνοντάς τα με κύτταρα από υγιή άτομα ελέγχου. Αφού συνέλεξαν περίπου 60.000 κύτταρα από 20 διαφορετικούς ανθρώπους, ανέλυσαν την αλληλουχία μορίων RNA που είχαν ληφθεί από μεμονωμένα κύτταρα για να προσδιορίσουν ποια γονίδια ήταν ενεργά σε αυτά. Στα βλαστοκύτταρα των ασθενών με ιγμορίτιδα, είδαν ότι πολλά από τα ενεργά γονίδια σχετίζονταν με αλλεργική φλεγμονή — συγκεκριμένα, τα γονίδια ήταν στόχοι δύο ανοσομεσολαβητών που ονομάζονταν ιντερλευκίνη 4 (IL-4) και ιντερλευκίνη 13 (IL-13). . Αυτά είναι μικρά μόρια που τα ανοσοκύτταρα όπως τα Τ και Β λεμφοκύτταρα συνήθως χρησιμοποιούν για να επικοινωνήσουν μεταξύ τους.
Το γεγονός ότι τα στοχευόμενα γονίδια ήταν ενεργά στα βλαστοκύτταρα σήμαινε ότι τα βλαστοκύτταρα ήταν προφανώς σε άμεση επικοινωνία με το ανοσοποιητικό σύστημα. Μια προαίσθηση ότι αυτή η επικοινωνία μπορεί να έχει επίδραση στη χρόνια φύση της νόσου οδήγησε τους ερευνητές σε μια περαιτέρω σειρά πειραμάτων.
Αφαίρεσαν κύτταρα από τους αεραγωγούς ασθενών με αλλεργία, τα μεγάλωσαν σε καλλιέργεια για περίπου πέντε εβδομάδες και στη συνέχεια προσδιόρισαν τη γονιδιακή τους δραστηριότητα. Διαπίστωσαν ότι τα γονίδια που εμπλέκονται στην αλλεργική φλεγμονή εξακολουθούσαν να είναι ενεργά, παρόλο που η αλλεργική απειλή της σκόνης και της γύρης είχε εξαφανιστεί προ πολλού. Επιπλέον, οι ερευνητές περιέγραψαν πολλά από τα κύτταρα ως «κολλημένα» σε μια λιγότερο από πλήρως ώριμη κατάσταση.
Για τον Shalek, αυτό το αποτέλεσμα σηματοδοτεί «ότι τα βλαστοκύτταρα μπορεί να μεταφέρουν «μνήμες» σε μελλοντικές γενιές κυττάρων και αυτό μπορεί να προκαλέσει σχεδόν μόνιμες αλλαγές στον ιστό που αναπληρώνουν». Αυτή η διαδικασία απαιτεί συγκρίσεις με το ανοσοποιητικό σύστημα:Β κύτταρα και Τ κύτταρα αντλούν από τις εμπειρίες τους με λοιμώξεις που είχαν προηγουμένως απωθήσει για να καταπολεμήσουν πιο αποτελεσματικά τις νέες. Ομοίως, τα βλαστοκύτταρα μπορεί να διατηρήσουν ένα αρχείο προηγούμενων επιθέσεων για να οξύνουν τις αποκρίσεις τους την επόμενη φορά. Αλλά στην περίπτωση των αλλεργικών ασθενών, αυτή η μνήμη γίνεται προφανώς δυσπροσαρμοστική. Μπορεί να κρατά τα βλαστοκύτταρα να σηματοδοτούν διαρκώς στο ανοσοποιητικό σύστημα ότι υπάρχει ένας εισβολέας, δημιουργώντας έναν κύκλο ανατροφοδότησης που προάγει τη φλεγμονή και τους πολύποδες.
Σύμφωνα με τον Shalek, η κατανόηση του ποια κύτταρα γίνονται «κακοί παράγοντες» και πώς η απόκρισή τους διαδίδεται σε έναν ιστό θα πρέπει να οδηγήσει σε πιο αποτελεσματικές παρεμβάσεις. Μάλιστα, στην εργασία τους μπόρεσαν να δοκιμάσουν τα αποτελέσματα ενός αντισώματος που μπλοκάρει την IL-4 και την IL-13 στα βλαστοκύτταρα και στα εκκριτικά κύτταρα ενός ατόμου με ρινικούς πολύποδες. Παρατήρησαν μια ουσιαστική αποκατάσταση της γονιδιακής έκφρασης που σχετίζεται με υγιή ιστό, ένα πολλά υποσχόμενο βήμα προς την ανάπτυξη μελλοντικών θεραπειών.
«Αυτό ανοίγει ένα νέο παράδειγμα όπου δεν εστιαζόμαστε μόνο στο δυναμικό αυτό-ανανέωσης αυτών των κυττάρων αλλά στην πιθανή αλληλεπίδρασή τους με το περιβάλλον τους», δήλωσε ο Semir Beyaz, ανοσολόγος στο Cold Spring Harbor Laboratory. Ο Beyaz δεν συμμετείχε στη μελέτη από την ομάδα της Βοστώνης, αλλά έκανε παρόμοια ευρήματα στο έντερο:Σε μια εργασία που δημοσιεύτηκε στο Nature το 2016 έδειξε ότι τα έντερα των ποντικών σε δίαιτα πλούσια σε λιπαρά παρήγαγαν μεγαλύτερο αριθμό βλαστοκυττάρων από εκείνα των ποντικών που έτρωγαν λιγότερο λίπος. Κατά τη διαίρεση, τα εντερικά βλαστοκύτταρα φάνηκε επίσης να προστίθενται στον αριθμό τους πιο συχνά αντί να παράγουν περισσότερα διαφοροποιημένα κύτταρα, μια αλλαγή που έχει συνδεθεί με ασθένειες όπως ο καρκίνος.
«Λειτουργικά, συνειδητοποιούμε ότι τα κύτταρα μπορούν να συντονιστούν», είπε ο Naik. "Οι ανοσολόγοι αρχίζουν να καταλαβαίνουν ότι οι ανοσολογικές αντιδράσεις λαμβάνουν χώρα στους ιστούς και ο τρόπος με τον οποίο οι ιστοί αντιδρούν σε αυτό είναι στο επίπεδο των βλαστοκυττάρων."
Πριν από μερικά χρόνια, σε συνεργασία με βιολόγους βλαστοκυττάρων, ο Naik εξέτασε τις επιπτώσεις προηγούμενου τραυματισμού και φλεγμονής στην επούλωση πληγών σε ποντίκια, με την ελπίδα να καταλάβει εάν η εμπειρία με φλεγμονή επηρεάζει τα βλαστοκύτταρα. Όπως περιγράφεται στην εργασία τους του 2017 στο Nature , αυτή και οι συνάδελφοί της ανακάλυψαν ότι εάν τα μπαλώματα του δέρματος σε ποντίκια φλεγμαίνουν και αφεθούν να επουλωθούν, οι επόμενες πληγές στο ίδιο σημείο θα επουλωθούν 2,5 φορές πιο γρήγορα, ένα αποτέλεσμα που θα μπορούσε να διαρκέσει έως και έξι μήνες.
Σε αυτό το πείραμα, εξήγησε ο Naik, η μνήμη που διατηρήθηκε στα βλαστοκύτταρα ήταν ευεργετική επειδή «συντονίζει τα κύτταρα ώστε να είναι πιο ισχυρά στην επούλωση πληγών και στην αναγέννηση». Αλλά η άλλη πλευρά αυτού του ευρήματος, όπως είχαν παρατηρήσει οι Shalek, Barrett και Ordovas-Montañes, είναι ότι «αν διδάξετε [στα κύτταρα] κακές συμπεριφορές… θα θυμούνται και αυτές τις κακές συμπεριφορές», είπε.
Το πώς τα βλαστοκύτταρα αποθηκεύουν αυτές τις μνήμες είναι άγνωστο. τόσο στις μελέτες αλλεργίας όσο και στις μελέτες επούλωσης τραυμάτων, ο μηχανισμός φαίνεται να περιλαμβάνει κάποια τροποποίηση του DNA που καθιστά ορισμένα γονίδια περισσότερο ή λιγότερο προσβάσιμα στην ενεργοποίηση. Ο Naik διαπίστωσε ότι το DNA στα βλαστοκύτταρα του δέρματος των δύο φορές τραυματισμένων ποντικών περιείχε πολλές περιοχές που ήταν λιγότερο σφιχτά συσκευασμένες, κάτι που συνήθως υποδηλώνει δραστηριότητα γονιδίου και ορισμένες από αυτές τις ανοιχτές περιοχές διατηρήθηκαν πολύ μετά το τέλος της φλεγμονής.
Όπως συζήτησαν πρόσφατα η Naik και οι συνάδελφοί της σε μια ανασκόπηση για το Cell , τα βλαστοκύτταρα σε ένα ευρύ φάσμα ιστών συμμετέχουν σε έναν χημικό «διάλογο» με το ανοσοποιητικό σύστημα, με τις δύο πλευρές —και ενδεχομένως πολλούς άλλους τύπους κυττάρων— να συγκεντρώνουν τις πληροφορίες τους για να αντιμετωπίσουν πιο αποτελεσματικά τις μεταβαλλόμενες συνθήκες. Όποιες κι αν είναι οι λεπτομέρειες αυτών των συνομιλιών, όλα τα στοιχεία δείχνουν ότι τα βλαστοκύτταρα διαδραματίζουν κεντρικό ρόλο βοηθώντας να γίνουν οι ιστοί πιο προσαρμόσιμοι διατηρώντας κάποιο αρχείο της ιστορίας τους.
«Είναι πιο λογικό ένα χαρτομάντιλο να μαθαίνει από την εμπειρία του», είπε ο Naik. "Με αυτόν τον τρόπο δεν χρειάζεται να επανεφεύρει τον τροχό κάθε φορά."
