การเหนี่ยวนำภาวะ pluripotent และการปรับสภาพเซลล์

เซลล์ที่ผ่านการเปลี่ยนแปลงสภาพแล้วสามารถถูกปรับกลับสู่ภาวะ pluripotent ได้อย่างไรด้วยปัจจัยที่กำหนด และสิ่งนี้เผยให้เห็นอะไรเกี่ยวกับการย้อนกลับของเอกลักษณ์เซลล์

Definition

การปรับสภาพเซลล์ (reprogramming) คือการเปลี่ยนเซลล์จากการเปลี่ยนแปลงสภาพหนึ่งไปสู่อีกสภาพหนึ่ง หรือกลับสู่สภาพที่เปลี่ยนแปลงน้อยลงในการทดลอง; การเหนี่ยวนำภาวะ pluripotent (induced pluripotency) คือการปรับสภาพเซลล์ที่เปลี่ยนแปลงแล้วให้กลับสู่ภาวะ pluripotent โดยเฉพาะ โดยการนำชุดปัจจัยควบคุมที่กำหนดไว้มาใช้

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมการปรับสภาพเซลล์ (cellular reprogramming): การถ่ายโอนนิวเคลียส, การเหนี่ยวนำภาวะ pluripotent ด้วยปัจจัยถอดรหัสที่กำหนด, และการเปลี่ยนสภาพโดยตรง (transdifferentiation) ระหว่างชนิดของเซลล์ เนื้อหานี้กล่าวถึงนัยยะของการปรับสภาพเซลล์เพื่อทำความเข้าใจว่าเอกลักษณ์ของเซลล์ถูกรักษาไว้อย่างไร และเพื่อสร้างเซลล์ที่เข้ากันได้กับผู้ป่วย โดยยังคงกรอบการประยุกต์ใช้เป็นความสำคัญมากกว่าคำแนะนำ

Core questions

• เซลล์ที่เปลี่ยนแปลงสภาพแล้วสามารถถูกปรับกลับสู่ภาวะ pluripotent ได้อย่างไร?
• ปัจจัยใดบ้างที่เพียงพอต่อการเหนี่ยวนำภาวะ pluripotent?
• เซลล์ที่เปลี่ยนแปลงสภาพแล้วชนิดหนึ่งสามารถเปลี่ยนเป็นอีกชนิดหนึ่งได้โดยตรงหรือไม่?
• การปรับสภาพเซลล์เผยให้เห็นอะไรเกี่ยวกับการรักษาเอกลักษณ์ของเซลล์?

Key concepts

• การถ่ายโอนนิวเคลียส
• เซลล์ต้นกำเนิด pluripotent ที่ถูกเหนี่ยวนำ (Induced pluripotent stem cells)
• ปัจจัยการปรับสภาพเซลล์ที่กำหนด
• การเปลี่ยนสภาพโดยตรง (transdifferentiation)
• การย้อนกลับของเอกลักษณ์เซลล์

Key theories

การปรับสภาพเซลล์ที่ขับเคลื่อนด้วยปัจจัยถอดรหัส

การนำปัจจัยถอดรหัสที่กำหนดมารวมกันสามารถเอาชนะโปรแกรมการเปลี่ยนแปลงสภาพของเซลล์และปรับกลับสู่ภาวะ pluripotent ได้ แสดงให้เห็นว่าเอกลักษณ์ของเซลล์ถูกรักษาไว้อย่างแข็งขันโดยปัจจัยควบคุมนำเข้ามากกว่าที่จะถูกกำหนดโดยการเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรมที่ไม่สามารถย้อนกลับได้

Mechanisms

หลักฐานแรกเริ่มที่แสดงว่าเอกลักษณ์ของเซลล์สามารถย้อนกลับได้มาจากการถ่ายโอนนิวเคลียส ซึ่งนิวเคลียสที่เปลี่ยนแปลงสภาพแล้วเมื่อนำไปใส่ในไข่สามารถสนับสนุนการพัฒนาได้ แสดงให้เห็นว่าจีโนมยังคงสภาพสมบูรณ์ การปรับสภาพเซลล์ให้เป็นภาวะ pluripotent ทำได้โดยการบังคับให้มีการแสดงออกของชุดปัจจัยถอดรหัสจำนวนน้อยที่กระตุ้นเครือข่ายภาวะ pluripotent และปรับสภาพโครมาตินและการแสดงออกของยีนใหม่; เซลล์ pluripotent ที่ถูกเหนี่ยวนำขึ้นมา (induced pluripotent cells) มีลักษณะคล้ายเซลล์ต้นกำเนิดจากตัวอ่อน ในการเปลี่ยนสภาพโดยตรง (direct conversion) ปัจจัยที่มีลักษณะเฉพาะของสายเซลล์ที่เปลี่ยนแปลงสภาพแล้วจะถูกนำเข้าสู่เซลล์ชนิดอื่นเพื่อเปลี่ยนเอกลักษณ์ของเซลล์โดยไม่ต้องผ่านภาวะ pluripotent กระบวนการเหล่านี้เผยให้เห็นว่าสภาพที่เปลี่ยนแปลงแล้วเป็นสมดุลของการควบคุมที่ปัจจัยนำเข้าที่กำหนดสามารถเปลี่ยนแปลงได้

Clinical relevance

การปรับสภาพเซลล์ช่วยให้สามารถสร้างเซลล์ที่เข้ากันได้กับผู้ป่วยสำหรับการสร้างแบบจำลองโรค การทดสอบยา และการบำบัดด้วยเซลล์ที่เป็นไปได้ และเป็นเครื่องมือในการศึกษาว่าเอกลักษณ์ของเซลล์ถูกสร้างขึ้นได้อย่างไร บทความนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อการศึกษาและไม่ได้ให้คำแนะนำทางการแพทย์

History

การทดลองการถ่ายโอนนิวเคลียสแสดงให้เห็นว่านิวเคลียสที่เปลี่ยนแปลงสภาพแล้วยังคงมีศักยภาพในการพัฒนาอย่างเต็มที่ จากพื้นฐานนี้ การสาธิตว่าปัจจัยถอดรหัสที่กำหนดสามารถเหนี่ยวนำภาวะ pluripotent ในเซลล์ที่เปลี่ยนแปลงสภาพแล้วได้เปิดสาขาใหม่และได้รับการยอมรับ พร้อมกับงานการถ่ายโอนนิวเคลียสก่อนหน้านี้ ด้วยรางวัลโนเบล

Key figures

• Shinya Yamanaka
• John Gurdon

Seminal works

• takahashi2006
• gilbert2016

Frequently asked questions

เซลล์ต้นกำเนิด pluripotent ที่ถูกเหนี่ยวนำคืออะไร?

เป็นเซลล์ที่เปลี่ยนแปลงสภาพแล้ว เช่น เซลล์ผิวหนัง ที่ถูกปรับกลับสู่ภาวะ pluripotent ซึ่งสามารถสร้างเซลล์ได้หลายชนิด โดยการนำชุดปัจจัยถอดรหัสที่กำหนดมาใช้

การปรับสภาพเซลล์เปลี่ยนแปลง DNA ของเซลล์หรือไม่?

ไม่ การปรับสภาพเซลล์จะเปลี่ยนยีนที่ทำงานอยู่โดยการปรับสภาพการควบคุมและโครมาตินใหม่ ลำดับ DNA พื้นฐานยังคงเหมือนเดิม ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมกระบวนการนี้จึงสามารถย้อนกลับได้