زیست شناسی سلولی

برای حفظ حیات، سلول‌ها تقسیم شده، تکثیر می‌شوند و می‌میرند یا در حالت سکون وجود دارند. برای تصمیم گیری در مورد ورود یا عدم ورود به چرخه سلولی، سلول‌ها اطلاعاتی را از انواع سیگنال‌های درون سلولی و خارج سلولی با یکدیگر ادغام می‌کنند. مهم ترین سیگنال‌های درون سلولی فسفوریلاسیون پروتئین‌های متعلق به خانواده پروتئین‌های پاکتی مانند p107، p130 و پروتئین رتینوبلاستوما (retinoblastoma protein یا Rb) است. مجموعه ای از رویدادهای انتقال سیگنال که از فعال شدن کیناز 2 وابسته به سیکلین (CDK2) شروع شده تا این که اتصال رونویسی هدف E2F به فسفوریلاسیون Rb به حفظ پیشرفت چرخه سلولی کمک می‌کند.

پس از تقسیم سلولی، سلول‌ها یا وارد چرخه سلولی دیگری می‌شوند یا فعالیت CDK خود را کاهش داده و وارد حالت سکون می‌شوند. سلول‌ها همچنین برای مرگ در سطح ژنتیکی به عنوان پاسخی به آسیب‌های DNA از طریق فرآیند آپوپتوز (Apoptosis) برنامه ریزی شده اند. آپوپتوز توسط مسیرهای انتقال سیگنال با واسطه کاسپاز (caspase) ایجاد می‌شود. تقسیم سلولی، تکثیر و آپوپتوز و مرگ بخش جدایی ناپذیر زندگی هستند.

چرخه سلولی (Cell cycle)

چرخه سلولی دارای دو فاز اصلی است: اینترفاز (interphase) که فاز بین رویدادهای میتوزی است و فاز میتوزی (mitotic) که در آن سلول مادر به دو سلول دختر که از نظر ژنتیکی یکسان اند، تقسیم می‌شود. اینترفاز دارای سه مرحله متمایز و متوالی است. در مرحله اول به نام G1، سلول‌ها محیط خود را کنترل کرده و هنگامی که سیگنال‌های لازم دریافت می‌شوند، سلول‌ها RNA و پروتئین‌ها را برای القای رشد سنتز می‌کنند. وقتی شرایط مناسب باشد، سلول‌ها وارد مرحله S چرخه سلولی می‌شوند و به سنتز DNA و تکثیر DNA کروموزومی خود می‌پردازند. در نهایت، در فاز G2، سلول‌ها به رشد خود ادامه داده و برای میتوز آماده می‌شوند.

تکثیر سلولی (Cell Proliferation)

تکثیر سلولی افزایش تعداد سلول‌ها در نتیجه رشد و تقسیم است. تعادل تکثیر سلولی و آپوپتوز هم برای رشد و هم برای هموستاز بافت طبیعی مهم است. تعدادی از تکنیک‌ها برای ارزیابی تکثیر سلولی استفاده می‌شوند. در طول مرحله سنتز (S) چرخه سلولی، DNA پلیمرازها انواع نوکلئوزیدها (دئوکسی آدنوزین، دئوکسی گوانوزین، دئوکسی سیتیدین و تیمیدین) را در رشته‌های جدید DNA با یکدیگر ترکیب می‌کنند. استفاده از آنالوگ‌های این نوکلئوزیدها راهی برای اندازه گیری تکثیر سلولی فراهم می‌کند. 5-bromo-2’-deoxyuridine (BrdU) – آنالوگ تیمیدین – به طور گسترده ای برای اندازه گیری سنتز de novo DNA استفاده می‌شود. چندین پروتئین مرتبط با چرخه سلولی مانند Ki-67 نیز به عنوان شاخص تکثیر سلولی استفاده می‌شوند. رنگ‌های تکثیر سیتوپلاسمی فلورسنت یا غیر فلورسنت نیز می‌توانند به عنوان معیاری برای تکثیر سلولی مورد استفاده قرار گیرند.

آپوپتوز (Apoptosis) و مرگ سلولی (Cell Death)

آپوپتوز یک فرآیند سازمان یافته است که به سلول‌ها سیگنال می‌دهد که برای نوسازی سلولی خود را تخریب کرده یا رشد نابجای سلولی را کنترل کنند. از آن جایی که سلول‌ها آسیب می‌بینند یا دیگر مورد نیاز نیستند، تحت آپوپتوز یا مرگ برنامه ‌ریزی شده سلولی قرار می‌گیرند، یک فرآیند فیزیولوژیکی طبیعی که در طول رشد جنینی و هموستاز بافت رخ می‌دهد. آپوپتوز مرگ منظم سلول‌های آسیب دیده را کنترل می‌کند، در حالی که نکروز (necrosis) در نتیجه آسیب بافت رخ می‌دهد و باعث از دست رفتن سلول‌های آسیب دیده و اطراف می‌شود.

فرآیند آپوپتوز با ویژگی‌های مورفولوژیکی خاصی مشخص می‌شود. این رخداد شامل تغییراتی در غشای پلاسمایی (مانند از دست دادن تقارن غشاء و چسبندگی غشا)، تراکم سیتوپلاسم و هسته، شکاف پروتئین و شکاف بین هسته‌ای DNA است. در مراحل پایانی این فرآیند، سلول‌های در حال مرگ به اجسام آپوپتوزی یا آپوپتوتیک (apoptotic bodies) تکه تکه می‌شوند و در نتیجه توسط سلول‌های فاگوسیتی بدون آسیب التهابی قابل توجه به سلول‌های اطراف حذف می‌شوند.

روش‌های تشخیص آپوپتوز یا سلول‌های مرده (قابلیت زنده ماندنی) بر اساس نوع آماده سازی سلول:

برخی از انواع سلول‌ها ویژگی‌های مشخصه آپوپتوز را نشان نمی‌دهند. در این موارد، جنبه‌های متعدد آپوپتوز ممکن است نیاز به تجزیه و تحلیل داشته باشند تا مکانیسم مرگ سلولی تایید شود.

برای پوشش دادن این طیف از نیازها، طیف کاملی از ابزارها و فناوری‌های تشخیص آپوپتوز برای اندازه‌ گیری شاخص‌ها در مراحل مختلف در سراسر فرآیند آپوپتوز ارائه می‌شوند.

 بعضی آزمایشگاه‌ها BD Horizon™ Violet Proliferation Dye 450 و BD Horizon™ CFSE را برای تشخیص تکثیر سلولی به ترتیب با لیزر بنفش و لیزر آبی ارائه می‌دهند که استفاده از پانل‌های بزرگتر را تسهیل می‌کند. این امر اجازه می‌دهد تا داده‌های بیشتری از نمونه‌های محدود با استفاده از فلوسایتومتری چند رنگی (multicolor flow cytometry) تعیین شوند.

هر دو رنگ پرولیفراسیون رنگ‌های استری شده غیر فلورسنت (nonfluorescent esterified dyes) هستند. گروه استری به رنگ اجازه ورود به سلول را می‌دهد. هنگامی که رنگ در داخل سلول قرار گرفت، استرازها گروه استر را جدا می‌کنند تا رنگ را به یک محصول فلورسنت تبدیل کرده و آن را در داخل سلول به دام بیندازند. با هر رویداد همانند سازی، مقدار رنگ در سلول کاهش می‌یابد که منجر به ایجاد یک الگوی مشخص می‌شود.

منبع:

https://www.bdbiosciences.com/en-us/learn/research/cell-biology