محققان، موفق شده‌اند تصمیم‌گیری سلول را به عنوان فرآیندی پویا ثبت نمایند. تصمیم‌گیری سلولی یا Cell Decision Making، فرآیندی است که سلول از طریق آن اعمال آتی و مقصد خود را تعیین می‌کند.
توانایی ثبت تصمیم‌گیری سلولی می‌تواند به دانشمندان کمک کند که عملکرد سلولی و سوء عملکرد آن را بهتر از قبل در بافت‌ها و اندام‌های پیچیده بررسی کنند. به علاوه، این موضوع می‌تواند به پایش چگونگی رشد اندام‌ها و پاسخ آن‌ها به دارو و درمان در سطح سلولی، کمک کند.
محققان در این پژوهش، تغییرات ایجاد شده در مولکول‌های mRNA مدل مورد مطالعه‌ی خود را ثبت کردند. mRNA مولکول پیام‌رسانی که کدهای ژنتیکی تعبیه شده در DNA را تفسیر نموده و دستورالعمل‌های آن را برای سلول ترجمه می‌کند. در حقیقت، این مولکول دستوراتی را در اختیار سلول قرار می‌دهد که مسیر ساخت هر پروتئین را به صورت گام به گام تعیین می‌سازد.
پژوهشگران در این مطالعه، سطح مولکول‌های کم‌مقدار را اندازه‌گیری نمودند. مولکول‌های کم‌مقدار (trace molecules) نشانگرهایی هستند که هم‌اکنون در بررسی‌های تک‌سلولی (single-cell) اندازه‌گیری می‌شوند، اما محققان معمولاً آن‌ها را به عنوان “نویز” (یا اختلال) کنار می‌گذارند.
طبق اظهارات پژوهشگران، این نشانگرهای مولکولی سرنخ‌هایی از تصمیم‌گیری سلولی و رد پاهایی از گذشته‌ی آن را فراهم می‌آورند. نشانگرهای مذکور در بخش‌های مختلفی از چرخه‌ی حیات RNA ظهور می‌کنند. سلول در طی این چرخه، مخلوطی از مولکول‌های mRNA را دارا است که در مراحل مختلفی از تکامل خود قرار دارند. این مولکول‌های mRNA اغلب شامل mRNA تازه ساخته شده، پیش نوآیند، mRNA بالغ و mRNA تکه‌تکه شده و در مسیر بازیافت، هستند.
گروه تحقیقاتی در ابتدا فرضیه‌ای مطرح ساخت مبنی بر آن که هر مرحله دارای یک نشان مولکولی متفاوت است که می تواند سرنخ‌هایی در مورد جهت‌گیری آینده‌ی سلول و سرنوشت نهایی آن فراهم کند.
کارچنکو (Kharchenko)، از پژوهشگران حاضر در مطالعه، می‌گوید: «ما استدلال کردیم که با تمییز دادن مولکول‌های mRNA در مراحل مختلف چرخه‌ی حیات مولکولی، می‌توانیم حالات گذشته، فعلی و آینده‌ی هر سلول را ثبت کنیم.»
سلول حتی در زمان‌هایی که تلاشی برای تغییر مسیر و هویت خود نمی‌کند، در حالتی از تعادل قرار دارد که با تولید ثابت mRNA نوآیند و تجزیه‌ی mRNA بالغ مشخص می‌شود.
پژوهشگران با اندازه‌گیری مقدار mRNA در مراحل مختلف بیان، قادر بودند مسیر سلول و نقطه‌ی پایان آن را پیش بینی نمایند. در نقطه‌ی پایان مشخص می‌شود که سلول می‌خواهد به چه نوعی تمایز یابد.
کارچنکو ادامه می‌دهد: «در طول این فرآیند تمایز، هزاران ژن روشن یا خاموش می‌شوند، که بستگی به این دارد که نیایاخته در تلاش است به چه نوع سلول بالغی تبدیل شود.»
گروه تحقیقاتی با بررسی مقدار نشانگرهای مختلف mRNA، که نیایاخته (progenitor cell) طی بلوغ خود تولید می‌کند، موفق به تشخیص آن شدند که سلول در حال هدایت شدن به چه سمتی است و قرار است به چه نوع سلولی تبدیل شود.
پژوهشگران قدرت پیش‌بینی‌کنندگی این روش را با اندازه‌گیری نشانگرهای سلولی در مجموعه داده‌های متعددی که در برگیرنده‌ی اطلاعاتی درباره‌ی سلول‌های بافت موش و انسان در طول بلوغ و تمایز بودند، مورد آزمایش قرار دادند. این تیم با بررسی نمایه‌های RNA در هر سلول، تأیید نمود که وضعیت پایانی پیش‌بینی شده برای سلول‌ها، کاملاً مطابق با همان مسیری بود که سلول قصد طی کردن آن را داشت. آن‌ها دقت پیش‌بینی این مدل را در فرآیند سلولی غیر از رشد نیز اندازه‌گیری کردند. مدل فوق به درستی توانست وضعیت نهایی نورون‌های فعال شده‌ی موش را در پاسخ به نور، پیش‌بینی نماید.
محققان با استفاده از نشانگرهای مولکولی، سرعت RNA را در بیش از ۱۸ هزار سلول منفرد بررسی کردند تا جهت‌گیری‌ها را شناسایی نموده و سرنوشت نهایی سلول‌های بنیادی مغز یا نیایاخته‌های واسط را پیش‌بینی کنند. بررسی‌ها دوباره تأیید کرد که آینده‌ی پیش‌بینی شده برای سلول، به درستی با سرنوشت نهایی آن‌ها هم‌سو است.
ترجمه و بازنویسی: محمدرضا دلفیه
منبع: Nature
