Λεύκη Μελάνωμα Zebrafish: Τα μελανοκύτταρα είναι ένα μικρό υποσύνολο επιδερμικών κυττάρων που παίζουν μεγάλο ρόλο στην προστασία του δέρματός σας από τις βλαβερές συνέπειες της έκθεσης στον ήλιο. Το κάνουν αυτό συνθέτοντας μελανίνες, οι οποίες είναι χρωστικές που αποστέλλονται σε άλλα κύτταρα του δέρματος για να τα προστατεύσουν από το επιβλαβές υπεριώδες φως. Η έλλειψη λειτουργικών μελανοκυττάρων προκαλεί ένα ευρύ φάσμα δερματικών παθήσεων, συμπεριλαμβανομένου του καρκίνου του δέρματος και της λεύκης, μιας αυτοάνοσης πάθησης κατά την οποία το σώμα επιτίθεται στα μελανοκύτταρα και προκαλεί κηλίδες αποχρωματισμένου δέρματος.
Για σχεδόν 20 χρόνια, μελετώ τα μελανοκύτταρα και τον ρόλο που παίζουν στις ασθένειες. Οι δυσκολίες στην ανάπτυξη ανθρώπινων μελανοκυττάρων σε κυτταροκαλλιέργειες οδήγησαν ερευνητές σαν εμένα να χρησιμοποιήσουν εναλλακτικά μοντέλα για να τα μελετήσουν. Το εργαστήριό μου και άλλοι έχουν πρωτοπορήσει στη χρήση του ψαριού ζέβρα για τη μελέτη των μελανοκυττάρων. Χρησιμοποιώντας αυτό το μικρό ψάρι του γλυκού νερού ως πρότυπο οργανισμό, η ομάδα μου και εγώ ανακαλύψαμε πρόσφατα έναν νέο τρόπο με τον οποίο τα μελανοκύτταρα αναγεννώνται. Αυτή η διαδικασία επιτρέπει την ευελιξία αυτών των κυττάρων να ανακάμψουν από τραυματισμούς και μπορεί να εφαρμοστεί σε άλλους τύπους ιστών.
Τι κοινό έχουν οι ζέβρες και οι άνθρωποι
Οι νέοι φοιτητές και μη επιστήμονες με ρωτούν συχνά, “Γιατί ζέβρα;” Υπάρχουν διάφοροι λόγοι για τους οποίους το zebrafish είναι καλό μοντέλο για τη μελέτη των μελανοκυττάρων. Τα μελανοκύτταρα στο ψάρι ζέβρα είναι παρόμοια από πολλές απόψεις με αυτά των ανθρώπων. Αυτά τα κύτταρα αναπτύσσονται στα έμβρυα με τον ίδιο τρόπο που αναπτύσσονται στον άνθρωπο, χρησιμοποιούν τα ίδια γενετικά προγράμματα και παράγουν τις ίδιες μελανίνες. Η δυσλειτουργία των μελανοκυττάρων στα ψάρια ζέβρα οδηγεί επίσης στις ίδιες ασθένειες και καρκίνους που συναντώνται στους ανθρώπους. Σε αντίθεση με τα μελανοκύτταρα στο δέρμα του ποντικιού ή του ανθρώπου, τα μελανοκύτταρα του ψαριού ζέβρα είναι ορατά εξωτερικά στις σκούρες λωρίδες και τις κηλίδες τους. Οι ερευνητές μπορούν να τοποθετήσουν ολόκληρο το ψάρι απευθείας κάτω από ένα μικροσκόπιο και να δουν τα κύτταρα χωρίς να χρειάζεται βιοψία. Είναι σημαντικό ότι οι ερευνητές μπορούν να χειραγωγήσουν και να πραγματοποιήσουν πειράματα σε μελανοκύτταρα ψαριού ζέβρα με τρόπους που είναι ανήθικοι ή αδύνατον να γίνουν με ανθρώπους. Σε αντίθεση με τις μελέτες που χρησιμοποιούν απομονωμένα μελανοκύτταρα σε ένα τρυβλίο Petri, αυτά τα πειράματα μπορούν να πραγματοποιηθούν στο πλαίσιο ενός ολόκληρου ζώου, όπου μπορούμε να παρακολουθήσουμε το περιβάλλον δέρμα και άλλους βιολογικούς παράγοντες για την επιρροή τους στον τρόπο συμπεριφοράς και λειτουργίας των μελανοκυττάρων.
Ποικιλομορφία βλαστοκυττάρων μελανοκυττάρων
Στην εργασία με επικεφαλής τον Tyler Frantz, έναν μεταπτυχιακό φοιτητή στο εργαστήριό μου, η ομάδα μας έχει επικεντρώσει την προσοχή μας στη διαδικασία με την οποία αναγεννώνται νέα μελανοκύτταρα μετά από τραυματισμό. Η αναγέννηση των μελανοκυττάρων είναι σημαντική για την ανάρρωση από δερματικές διαταραχές όπως η λεύκη. Είναι επίσης σχετικό με παθήσεις που σχετίζονται με την ηλικία, όπως το γκριζάρισμα των μαλλιών, όπου τα βλαστοκύτταρα των μελανοκυττάρων είτε πεθαίνουν είτε αδρανούν και δεν παράγουν πλέον τα ώριμα μελανοκύτταρα που δίνουν στα μαλλιά το χρώμα τους. Για να μελετήσουμε την αναγέννηση των μελανοκυττάρων, αφαιρέσαμε αυτά τα κύτταρα από το ψάρι ζέβρα και ακολουθήσαμε τη διαδικασία αναγέννησής τους. Δεδομένου ότι τα βλαστοκύτταρα των μελανοκυττάρων στα ψάρια ζέβρα είναι εξωτερικά ορατά, παρακολουθήσαμε αυτά τα κύτταρα σε πραγματικό χρόνο για να δούμε πώς διαιρέθηκαν και ωρίμασαν. Επιπλέον, μετρήσαμε ποια γονίδια εκφράστηκαν σε μεμονωμένα βλαστοκύτταρα μελανοκυττάρων και στους απογόνους τους κατά την αναγέννηση. Βρήκαμε ότι τα μελανοκύτταρα που πεθαίνουν πυροδοτούν αυτήν την αναγεννητική διαδικασία στέλνοντας το σήμα για να ενεργοποιηθούν τα βλαστοκύτταρα μελανοκυττάρων – κύτταρα που μπορούν να δημιουργήσουν νέα μελανοκύτταρα. Παραδόξως, εντοπίσαμε δύο τύπους βλαστοκυττάρων που το καθένα ακολούθησε διαφορετική διαδρομή για να δημιουργήσει νέα μελανοκύτταρα. Ένας τύπος βλαστοκυττάρων μετατρέπεται άμεσα σε μελανοκύτταρα που παράγουν μελανίνη. Ο άλλος τύπος βλαστοκυττάρων χωρίστηκε για να δημιουργήσει δύο τύπους θυγατρικών κυττάρων. Ο ένας τύπος ήταν νέα μελανοκύτταρα και ο άλλος ήταν νέα βλαστοκύτταρα έτοιμα να ανταποκριθούν σε μελλοντικό τραυματισμό. Οι ερευνητές γνώριζαν ότι ένα μόνο βλαστοκύτταρο είναι ικανό να παράγει τους πολλαπλούς τύπους κυττάρων που απαιτούνται για την αναγέννηση του ιστού. Οι μελέτες μας στο ψάρι ζέβρα δείχνουν ότι πολλά διαφορετικά βλαστοκύτταρα στο δέρμα, και ενδεχομένως σε άλλους ιστούς, μπορούν μαζί να ανακατασκευάσουν έναν συγκεκριμένο τύπο κυττάρων μετά από τραυματισμό. Η συμμετοχή πολλαπλών βλαστοκυττάρων πιθανότατα επιτρέπει στην αναγέννηση να προσαρμόζεται εύκολα σε διαφορετικούς τύπους τραυματισμών.
Από τα ψάρια στους ανθρώπους
Τα ευρήματά μας από το zebrafish είναι πιθανό να σχετίζονται με το ανθρώπινο δέρμα. Όταν εξετάσαμε κύτταρα που ελήφθησαν από το υγρό μέσα σε μια κυψέλη στο ανθρώπινο δέρμα, βρήκαμε κύτταρα που μοιάζουν εντυπωσιακά με βλαστοκύτταρα μελανοκυττάρου ζέβρα. Σχεδιάζουμε να δούμε εάν αυτά τα ανθρώπινα κύτταρα ενεργοποιούνται στην αναγέννηση του δέρματος για να δημιουργήσουν νέα μελανοκύτταρα, τα οποία θα επιβεβαιώνουν την ταυτότητά τους ως βλαστοκύτταρα μελανοκυττάρων. Τελικά, οραματιζόμαστε τη χρήση αυτών των ευρημάτων για την ανάπτυξη θεραπειών που αναζωογονούν τα βλαστοκύτταρα των μελανοκυττάρων, τα οποία θα μπορούσαν να βοηθήσουν στην αναστροφή της απώλειας χρώματος του δέρματος στη λεύκη και σε άλλες ασθένειες. Τέτοιες θεραπείες μπορεί επίσης να βοηθήσουν στην αντιμετώπιση της απώλειας χρωστικής που σχετίζεται με την ηλικία στα μαλλιά και το δέρμα. Τα μοναδικά χαρακτηριστικά του ψαριού ζέβρα μας επέτρεψαν να αποκαλύψουμε έναν νέο τρόπο κυτταρικής αναγέννησης. Λόγω των ομοιοτήτων μεταξύ των ειδών, αναμένουμε ότι αυτά και πολλά άλλα ευρήματα από την έρευνα που χρησιμοποιεί το zebrafish μπορεί να εφαρμοστούν στην ανθρώπινη βιολογία.