الخلايا الجذعية الخفافيش متعددة القدرات كنموذج لدراسة الفيروسات الجديدة

الخلايا الجذعية الخفافيش متعددة القدرات كنموذج لدراسة الفيروسات الجديدة

تطورت الخفافيش بميزات فريدة مثل تحديد الموقع بالصدى الحنجري والطيران، وبعضها قادر على تحمل فيروسات مثل فيروسات كورونا المرتبطة بالمتلازمة التنفسية الحادة الوخيمة (SARS-CoVs)، وفيروسات متلازمة الشرق الأوسط التنفسية (MERS-CoVs)، وفيروسات ماربورغ ونيباه. يمكن أن يؤدي تطوير نماذج الخفافيش القوية القائمة على الخلايا إلى فهم أفضل لإدارة فيروسات الخفافيش وبيولوجيتها.

وفي دراسة نشرت مؤخرا حول هذا الموضوع com.bioRxiv * خادم ما قبل الطباعة: أنشأ الباحثون خلايا جذعية مستحثة متعددة القدرات (iPSCs) من خفافيش Rhinolophus Ferrumequinum باستخدام بروتوكول ياماناكا المعدل لتأسيس الخفافيش باعتبارها رواية في أنواع دراسة نموذجية على الجسم الحي.

يذاكر: تكشف الخلايا الجذعية متعددة القدرات في الخفافيش عن ترابط فريد بين الفيروس المضيفمصدر الصورة: Jezper / Shutterstock.com

كانت هذه المقالة الإخبارية عبارة عن مراجعة لتقرير علمي أولي لم تتم مراجعته من قبل النظراء في وقت النشر. منذ نشره الأولي، تم الآن مراجعة التقرير العلمي من قبل النظراء وتم قبوله للنشر في مجلة أكاديمية. يمكن العثور على روابط للتقارير الأولية والمراجعة من قبل النظراء في قسم المصادر في نهاية هذه المقالة. عرض المصادر

حول الدراسة

في هذه الدراسة، يبحث الباحثون فيما إذا كانت الخفافيش مناسبة لإنتاج الفيروسات.

تم استخدام نهج إعادة برمجة ياماناكا بناءً على عوامل إعادة البرمجة مثل جين Y-box-2 في منطقة تحديد الجنس، وعامل النسخ المرتبط بأوكتامر 4 (Oct4)، وcMyc والعامل المشابه لـ Kruppel 4 (Klf4).

تم عزل الخلايا الليفية الجنينية الخفافيش (BEF) من R. Ferrumequinum مع تغيير مستويات عوامل إعادة البرمجة لتنشيط وحظر مسارات إشارات متعددة. وبالإضافة إلى ذلك، تم إجراء تحليلات تسلسل الحمض النووي الريبي (RNA) (RNA-seq) أيضًا.

الحصول على الخلايا الجذعية الخفافيش متعددة القدرات. (أ) رسم توضيحي لاستراتيجية الحصول على الخلايا الجذعية الخفافيش متعددة القدرات. BEF، الخلايا الليفية الجنينية؛ OSMK، Oct4، Sox2، cMyc، Klf4؛ FB، وسط الخلايا الليفية؛ PSC، وسط الخلايا الجذعية المحفزة؛ PSC+، PSC مع إضافات. (ب) مورفولوجيا مستعمرات خلايا BiPS المنشأة المزروعة على الخلايا الليفية الجنينية للماوس. (ج) الكشف عن التألق المناعي لـ Oct4 في خلايا BiPS. (D) مؤامرة MA لبيانات RNA-seq التي توضح الاختلافات النسخية بين الخلايا الليفية الجنينية الخفافيش (BEF) والخلايا الجذعية متعددة القدرات (BiPS). يتم تسليط الضوء على الجينات المختارة ذات الوظائف المعروفة في إنشاء أو الحفاظ على تعدد القدرات. ( E ) التحليل العنقودي Kmean لإشارات ATAC-seq التي تم الحصول عليها من خلايا BEF أو BiPS. ج، التجمعات. (F)، مؤامرة الكثافة لنتائج RRBS التي تم الحصول عليها من خلايا BEF وBiPS. PCC، معامل ارتباط بيرسون. (G) مخططات مبعثرة لحالة مثيلة هيستون 3 عند K4 (تنشيط تعديل الكروماتين) أو K27 (تعديل الكروماتين القمعي) بعد ChIP-seq من خلايا BEF أو BiPS، كما هو محدد. (H) مؤامرة مبعثرة من H3K4me3 وH3K27me3 في خلايا BiPS توضح وجود مواقع الكروماتين ثنائي التكافؤ في خلايا BiPS. (I) إشارات RNA-seq وATAC-seq وH3K4me3 أو H3K27me3 ChIP-seq للجينات المحددة ذات الأدوار المعروفة في إعادة البرمجة التي تم تنشيطها (Nanog، Kit) أو قمعها (Thy1) في BiPS مقارنة بخلايا BEF.

تم تقييم آثار طريقة إعادة البرمجة المعدلة على الجزيئات اللاجينية والكروماتين في الخفافيش باستخدام اختبار الكروماتين الذي يمكن الوصول إليه عبر الترانسبوزيز مع فحص التسلسل (ATAC-seq). تم أيضًا إجراء تحليلات لرسم خرائط ميثيل حمض الديوكسي ريبونوكلييك (DNA) وتحليلات الترسيب المناعي والتسلسل (ChIP-seq). تم تحسين البروتوكولات للسماح بتمييز الخفافيش SC في طبقات الجراثيم الثلاث، في حين تم إجراء فحص تمايز الجسم الجنيني (EB) لتقييم تعدد القدرات.

تم بعد ذلك حقن الخفافيش iPSCs (BiPSCs) في الفئران المثبطة للمناعة وتم إنشاء الهياكل الجنينية من BiPSCs. تم التحقق من صحة بروتوكول الدراسة من خلال تطوير خلايا BiPS من الخفافيش البعيدة تطوريًا Myotis myotis.

تم إجراء التنميط الجيني النسخي المقارن وتحليلات المكونات الرئيسية (PCA) في أنواع الخفافيش Rhinolophus وأنواع الثدييات المتنوعة من الناحية التطورية من الفئران والبشر والكلاب والخنازير والقردة.

تم إجراء تحليل الأنطولوجيا الجينية لتقييم أحدث إثراء الجينات لمسارات بيولوجية محددة. تم تطوير خطوط أنابيب جديدة بناءً على التصنيف الميتاجينومي لبيانات تسلسل الحمض النووي الريبي (RNA) للخلايا الجذعية، وتجميع contig للفيروسات الرجعية المفترضة من جديد، ورسم الخرائط الجينومية لتحديد القراءات الحقيقية للفيروسات الرجعية. وبالإضافة إلى ذلك، تم فحص علامات المستضد المرتبطة بفيروسات الحمض النووي الريبي.

نتائج الدراسة

إن نسبة عامل إعادة البرمجة المحددة بالإضافة إلى إضافة عامل نمو الخلايا الليفية -2 (Fgf-2)، وعامل الخلايا الجذعية (Scf)، وعامل تثبيط سرطان الدم (Lif) والفورسكولين إلى وسط الاستزراع مكنت من نمو BiPSC غير المقيد، مع ظهور مستعمرات الخفافيش المتجانسة والكثيفة في غضون 14 إلى 16 يومًا.

عبرت BiPSCs عن عامل تعدد القدرات في أكتوبر 4 بمعدل انتشار مماثل لمعدل انتشار الخلايا الجذعية الخاصة البشرية. تحتوي معظم الخلايا على 56 كروموسومًا ويتم تكرارها دون عوامل إعادة برمجة خارجية وتغييرات شكلية.

تمايزت BiPSCs في الطبقات الجرثومية الثلاث وشكلت بعد ذلك EBs والعضويات. أظهر تحليل RNA-seq التعبير الداخلي المستحث للجينات المرتبطة بتعدد القدرات مثل SRY-2 وNanog وOct4.

ومع ذلك، لم يكن المظهر الجيني متسقًا تمامًا مع حالة تعدد القدرات. بدلاً من ذلك، تم التعبير عن عوامل الحالة الساذجة متعددة القدرات مثل Klf4 و17، وبروتين بيتا المستقبل المرتبط بالإستروجين (Essrb)، وعامل النسخ E3 (Tfe3)، وعامل النسخ CP2 مثل 1 (Tfcp2l1). وقد لوحظ وجود بروتين Tfcp2l1/بروتين إصبع الزنك المتعايش (Zic2) وOrthodenticle Homeobox 2 (Otx2)/Tfe3 بالإضافة إلى عوامل معدة/ساذجة.

وقد لوحظت تغييرات في تكوين الكروماتين ومثيلة CpG 191 في جميع أنحاء جينوم الخفافيش. أظهرت نتائج ChiP-seq تداخلًا بين جينات ثنائية التكافؤ في الإنسان والخفافيش، على الرغم من أن بعض الجينات كانت خاصة بالأنواع.

تمت إعادة برمجة BiPSCs بشكل نسبي ولاجيني. كانت BIPSCs إيجابية بالنسبة لعلامات بروتين الصندوق المقترن (Pax6) و213T وبروتين ألفا (AFP) للأديم الظاهر والأديم المتوسط ​​والأديم الباطن.

تم ضبط جين ERAS، في حين لم يكن من الممكن التمييز بين جينات الهيالورونيداز وعوامل الريبوزيل ADP (ARFs). أظهرت انفجارات رينولوفوس هياكل جنينية مرتبطة بنمو ظهاري أرومة مغذية مسطحة وتوسع كتلة الخلية الداخلية. تشير نتائج خفافيش Myotis إلى أنه يمكن تطبيق بروتوكول الدراسة على أنواع الخفافيش المختلفة.

كشف تحليل PCA عن مجموعة متميزة من الخلايا الجذعية للخفافيش. ومع ذلك، أظهرت ثمانية جينات عليا فقط اختيارًا إيجابيًا كبيرًا في R. Ferrumequinum، حيث تنتمي معظم الجينات إلى فئات غير متوقعة. علاوة على ذلك، كان مرض فيروس كورونا هو الفئة الأكثر توسعًا بشكل ملحوظ في موسوعة كيوتو للجينات والجينوم (KEGG).

تم اكتشاف جينات الكولاجين من النوع III alpha 1 (Col3a1) وmucin 1 (Muc1) في BiPSCs، مما يشير إلى التكيفات الجينية الخاصة بالخفافيش. كشفت إعادة البرمجة عن تسلسلات الفيروس القهقري الداخلي (ERV).

تحتوي BiPSCs على تسلسلات داخلية متعددة مرتبطة بالفيروسات مع مناطق متماثلة لفيروس الهربس البشري 4، والفيروس المخلوي التنفسي البشري، وعزلة SARS-CoV-2. كانت التسلسلات الجينومية لـ R. Ferrumequinum مماثلة لتلك الموجودة في CoV 229E البشري وCoV OC43 البشري.

تم تحديد العديد من مواقع تكامل الفيروسات القهقرية التي كانت متماثلة مع فيروسات مثل فيروس القرد Mason-Pfizer، وفيروس الكوالا، والفيروس الارتجاعي للأغنام Jaagsiekte. كان الجينوم متماثلًا مع فيروسات الجدري، والجدري، والجدري السنجابي، وجدري القرود، وفيروسات متلازمة الجدري الأبيض.

الاستنتاجات

كانت تسلسلات BiPSC مشابهة لتسلسلات الجينوم الفيروسي. وبالتالي، يمكن استغلال حالة تعدد القدرات المسموح بها للخفافيش لاكتشاف تسلسلات فيروسات الخفافيش الجديدة المشاركة في فسيولوجيا الخفافيش وقدراتها على استضافة الفيروسات.

كانت هذه المقالة الإخبارية عبارة عن مراجعة لتقرير علمي أولي لم تتم مراجعته من قبل النظراء في وقت النشر. منذ نشره الأولي، تم الآن مراجعة التقرير العلمي من قبل النظراء وتم قبوله للنشر في مجلة أكاديمية. يمكن العثور على روابط للتقارير الأولية والمراجعة من قبل النظراء في قسم المصادر في نهاية هذه المقالة. عرض المصادر

مراجع:

• Vorläufiger wissenschaftlicher Bericht.
  Dejosez, M., Marin, A., Hughes, GM, et al. (2022). Pluripotente Stammzellen von Fledermäusen offenbaren einzigartige Verflechtung zwischen Wirt und Viren. bioRxiv. doi:10.1101/2022.09.23.509261. https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2022.09.23.509261v1.
• Von Experten begutachteter und veröffentlichter wissenschaftlicher Bericht.
  Déjosez, Marion, Arturo Marin, Graham M. Hughes, Ariadna E. Morales, Carlos Godoy-Parejo, Jonathan L. Gray, Yiren Qin, et al. 2023. „Pluripotente Stammzellen von Fledermäusen offenbaren ungewöhnliche Verflechtung zwischen Wirt und Viren.“ Zelle 186 (5): 957-974.e28. https://doi.org/10.1016/j.cell.2023.01.011. https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0092867423000417.

مراجعات المادة

• 15. Mai 2023 – Das vorab gedruckte vorläufige Forschungspapier, auf dem dieser Artikel basiert, wurde zur Veröffentlichung in einer von Experten begutachteten wissenschaftlichen Zeitschrift angenommen. Dieser Artikel wurde entsprechend bearbeitet und enthält nun einen Link zum endgültigen, von Experten begutachteten Artikel, der jetzt im Abschnitt „Quellen“ angezeigt wird.