مقالات

استرس اکسیداتیو چیست و چه تاثیری بر روی سلول خواهد گذاشت

مقالات علمی تخصصی

توانایی تکثیر از ویژگی های اصلی سلول های زنده است. با در نظر گرفتن این که پیکر یک انسان از حدود ۱۰ به توان ۱۴ سلول تشکیل شده که همه از تقسیمات یک سلول تخم اولیه ایجاد شدهاند، اهمیت تکثیر یاخت های و فراوانی آن مشخص میشود.

در یک انسان بالغ نیز که رشد پایان یافته است، تکثیر سلولی که لازمه آن تقسیم سلولی است، برای ترمیم سلول های تحلیل رفته مورد نیاز است. به عنوان مثال عمر گلبول های قرمز خون ۱۲۰ روز است که باید پس از این مدت با گلبول های قرمز جدید جایگزین شوند. تکثیر سلولی یکی از مهمترین مراحل، برای ترمیم بافت های آسیب دیده است. همانطور که تکثیر سلولی حائز اهمیت است از طرف دیگر بیش از حد بودن تکثیر سلولها میتواند عامل تومور زایی و ایجاد سرطان شود.

عوامل مؤثر بر تکثیر سلولهای بنیادی

یکی از ویژگی های مهم در ارتباط با سلول های بنیادی خاصیت خودنوزایی است. حالت خودنوزایی مکانیسم و فرآیندی است که باعث تکثیر و تقسیم سلول بنیادی و تولید سلول های بنیادی جدید بدون ایجاد تمایز میشود. در واقع حالت خودنوزایی یک مکانیسم درون سلولی است که از طریق علایم خارج سلولی کنترل شده و کارکرد سلول در بافت را مشخص میکند. بنابراین حفظ خودنوزایی، مهمترین عامل مؤثر در طراحی سیستم کشت برای تکثیر سلول های بنیادی به شمار میرود. فاکتورهای مختلفی در حفظ خودنوزایی و تکثیر سلول های بنیادی اثرگذار هستند.

عوامل مؤثر بر حفظ خودنوزایی و تکثیر

همانطور که می دانیم سرطان در واقع حاصل رشد و تکثیر بیرویه سلولی در نتیجه جهش در DNA است. حاصل جهش های ایجاد شده در DNA تبدیل پروتو انکوژن ها به انکوژنه ا و تغییر بیان آنهاست که میتواند منجر به افزایش تکثیر سلولی و در نهایت تبدیل یک سلول عادی به یک سلول تکثیرشونده بدخیم شود.

استرس اکسیداتیو در واقع عدم تعادل نسبت بین اکسیدان ها (رادیکال های آزاد) و آنتیاکسیدان ها است که طی آن در وضعیت ردوکس بدن و واکنشهای اکسایش-کاهش اختلال به وجود میآید. این اختلال حاصل افزایش رادیکال های آزاد و عدم تعادل بین تولید و حذف گونه های فعال در بدن و کاهش توان سیستم دفاعی آنتی اکسیدانی است که منجر به آسیب های بافتی میشود.از مهمترین اکسیدان ها و عامل اصلی آسیب اکسیداتیو به مولکول های زیستی بدن میتوان به گونه های فعال اکسیژن و نیتروژن اشاره کرد.

تأثیر استرس اکسیداتیو بر تکثیر سلولی

استرس اکسیداتیو، بسیاری از مسیرهای سیگنالینگ مرتبط با تکثیر سلولی را تحت تأثیر قرار میدهد که از جمله آنها میتوان به مسیر سیگنالینگ رسپتور فاکتور رشد اپیدرمی اشاره کرد که پروتئینهایی همچون فاکتور وابسته به هستهای اریترویید Nrf2 و Raf در این مسیر درگیر می شوند.

افزون بر آن پروتئین کینازهای فعالکننده میتوژن (MAPKs)، فسفاتیدیل اینوزیتول ۳-کیناز (PI3K)، فسفولیپاز Cو پروتئین کیناز C تحت تأثیر استرس اکسیداتیو قرار میگیرند. همچنین گونه های فعال اکسیژن، ژن سرکوبگر P53 دخیل در مرگ برنامهریزی شده را نیز تحت تأثیر قرار میدهد. به این ترتیب استرس اکسیداتیو با تغییر در بیان ژنها، تکثیر سلولی، مرگ برنامه ریزی شده و رگزایی، در پیدایش و پیشرفت تومور نقش مهمی ایفا میکند.

به عنوان مثال سرطان پستان با افزایش تولید رادیکالهای آزاد و ایجاد استرس اکسیداتیو همراه است که حاصل این فرایند، هایپرفسفریلاسیون انکوپروتئین های c-Fos و c-Jun توسط پروتئین کینازها و در نهایت فعال شدن AP-1 (پروتئین فعال کننده ۱) در این سلول ها است. AP-1 از فاکتورهای رونویسی بوده و سبب فعال شدن ژنها در جهت تکثیر سلولی میشود. به این ترتیب تنظیم فعالیت این پروتئین در مسیر رشد سلولی و ایجاد سرطان دخیل است.

ژن P53 از جمله تومور ساپرسورهای دخیل در مرگ برنامهریزی شده سلولی است. افزایش رادیکال آزاد منجر به افزایش بیان P53 میشود، از طرفی این افزایش باعث آسیب به DNA و غیر فعال شدن ژن های کد کننده P53 شده و مقاومت در برابر آپوپتوز رخ میدهد و تکثیر زیاد میشود.

نقش های فیزیولوژیک ROS انتقال پیام و تنظیم تکثیر سلولی

کنترل تولید ROS برای فعالیت مسیرهای انتقال پیام ضروری است. دسته گسترده ای از مولکول های پیامرسان، (پروتئین های کینازی فعال شده توسط میتـوژن) (MAPKs) هستند کـه عملکردشان تحـت تأثیر ROS قرار دارد MAPKs . از سه زیر خانواده تشکیل شده است:

کیناز های تنظیم شده با پیام های خارج سـلولی (ERKs)
کیناز هایC-jun N-terminal (JNKs)
کیناز های p38

معمولاً ERKs در تنظیم تکثیر سلولی دخیل هستند و JNKs و کینازهای p38 در پاسخ بـه شرایط استرسی وارد عمـل میشوند کـه درنهایت منجر بـه آپوپتوز میشوند. ROS میتواند با تغییردر سطح بیان ژن تصمیم گیری سلول به تکثیر یا آپوپتوز را تحت تأثیر قرار دهد. ROS بـا فسفریلاسیون و فعال کـردن JNKs ، فعـالشـدن فـاکتور رونویسی AP1(Activating protein 1) را پیش میبرد که منجر به رونویسی از ژن های تنظیمشده توسط AP1 میشود. علاوه بـر AP1، فاکتور رونویسی القایی توسط هیپوکسیHIF-1 مثال دیگری از تنظیم کننده های رونویسی تحت تأثیر ROS اسـت. HIF-1 در رونویسی از ژن های اریتروپویتین و فاکتور رشد اندوتلیال عروقی شرکت میکند.

تأثیر ROS بر چرخه سلولی

ROS همچنین میتواند با تأثیر بر وقایع مربـوط بـه چرخه سلولی در پیشبرد سرطان زایی نقـش داشـته باشـد. نشان داده شده است که ROS، تلومرازهای سلولی در سلول های اندوتلیال را فعـال کـرده و فراینـد پیـری را بـه تأخیر میاندازد.

مروری بر چند مقاله

مطالعه Provenzano و همکارانش به منظور بررسی سیگنال مکانیکی مانند سفتی سطح بر روی تکثیر سلولی انجام گرفت. در شرایط فیزیولوژیک نرمال، تعادل نیروی دینامیک برقرار است، اصطلاحی که به آن هموستاز کششی گفته میشود و بین سلول و میکرو محیط اطرافش رخ میدهد. در این حالت سلول ها میتوانند تکثیر طبیعی خود را داشته باشند، اما اگر سفتی ماتریس به طور غیر طبیعی افزایش یابد هموستاز کششی افزایش مییابد و رفتار سلول را تحت تأثیر قرار میدهد.

سلول ها در چنین محیطی حلقه سیگنالی را که به طور مکانیکی تنظیم میشود بیش از حد فعال میکنند و منجر به بیان ژنهایی که در تکثیر نقش دارند، میشوند مثل ژن های کد کننده Cyclins ،تنظیم کننده های چرخه تقسیم سلولی، فاکتورهایی که در رونویسی مؤثر هستند و حتی در سرطانی شدن هم میتوانند نقش داشته باشند.

علاوه بر این، شکل سلول و میزان پهن شدگی (Spreading) نیز میتواند باعث تنظیم تکثیر سلولی شود. سلول های فیبروبلاست وقتی روی سطح سفت کشت داده میشوند پهن شدگی بیشتر و رشته های اکتین سازمان یافته تری نسبت به سطح نرم دارند.

تصویر فیبروبلاست NIH3T3، A وC بر روی سطح نرم، B و D بر روی سطح سفت
تصویر فیبروبلاست NIH3T3، A وC بر روی سطح نرم، B و D
بر روی سطح سفت

بر روی سطح سفت چسبندگی های موضعی که شکل میگیرند به صورت پایدارتر هستند. چسبندگی های پایدار منجر به افزایش فعالیت آنزیم Focal Adhesion Kinase میشود، افزایش این آنزیم تکثیر سلولی را ارتقاء میدهد. در حالی که کاهش فعالیت این آنزیم منجر به افزایش فعالیت P53 میشود و این امر تکثیر سلولی را کاهش میدهد.

مطالعه Gray و همکارانش به منظور بررسی اثر تعداد اتصالات سلول-سلول بر تکثیر سلولی صورت گرفته است. تماس سلول-سلول اندوتلیال از طریق VE-cadherin نقش مهمی در تنظیم عملکردهای سلولی از جمله تکثیر ایفا میکند. پدیدهای به نام مهار تکثیر سلولی وابسته به تماس، وجود دارد. بدین معنا که تعداد بالای اتصالات سلول-سلول، چسبندگی سلول و میزان پهن شدگی آن بر روی زیر لایه را تحت تأثیر قرار میدهد تکثیر را کاهش میدهد و همانطور که قبلاً اشاره شد پهن شدگی و تشکیل چسبندگی های پایدار بر روی تکثیر اثرگذار هستند.

تعداد اتصالات سلول-سلول میتواند بر روی تکثیر، رفتار دوگانه داشته باشد. سلول هایی که با همسایه های خود حداقل یک تماس دارند نسبت به سلول های تک و منفرد تکثیر بهتری از خود نشان میدهند، در حالی که افزایش این اتصالات سلول-سلول ممکن است میزان اتصالات سلول با ECM را کاهش دهد و منجر به کاهش تکثیر شود.

زمانی که اتصالات سلول-سلول افزایش مییابد مسیر سیگنالینگ RhoA تحریک میشود و این باعث شکل گیری اکتین های سازمان یافته تر در سیتواسکلت هر سلول میشود که خود عاملی در جهت افزایش تکثیر است. از طرفی افزایش اتصالات سلول-سلول ممکن است اتصالات سلول با زیرلایه را کاهش دهد و تکثیر کم شود. بنابراین اگر تعداد اتصالات سلول-سلول مهندسی شود میتوان به نتیجه مطلوب در بحث تکثیر رسید.

 

مدل پیشنهادی برای رفتار دوگانه در ارتباط با تکثیر
مدل پیشنهادی برای رفتار دوگانه در ارتباط با تکثیر

اثرات میدان الکترومغناطیسی با فرکانس بسیار کم بر تکثیر سلولی

فرکانس میدان های الکترومغناطیسی که به طور طبیعی در بدن انسان توسط پتانسیل عمل بافتهای عصبی، عضلانی و قلب ایجاد میشوند، در محدوده طیف الکترومغناطیسی با فرکانس بسیارکم طبقه بندی شده اند. با گسترش وسایل و ابزارهای پیشرفت های که میدان های الکترومغناطیسی را تولید یا القا میکنند، نگرانی مردم از تأثیر این میدان ها بر تکثیر سلول های طبیعی یا غیر طبیعی بدن افزایش یافته است.

مطالعاتی که بر روی بافت ها و سلول ها انجام شده، بیانگر آن است که میدان های الکترومغناطیسی در شدتها و فرکانس های گوناگون، دارای نتایج متفاوتی بر تکثیر و تمایز سلولی هستند. طیف الکترومغناطیس محدوده وسیعی از امواج و میدان ها را شامل میشود. فرکانس میدان های الکترومغناطیسی که به طور طبیعی در بدن انسان ایجاد میشود در بخش فرکانس بسیار کم (ELF) و بین ۳۰۰-۰ هرتز قرار میگیرد.

طیف میدان های الکترومغناطیسی
طیف میدان های الکترومغناطیسی

مهمترین یافته های حاصل از ۷۰ مقاله چاپ شده در ژورنال های مختلف که در این مطالعه مروری مورد بررسی قرار گرفته است را میتوان در دو بخش تکثیر و تمایز سلولی مطابق جدول ۱ طبقه بندی کرد.

اثر میدان های الکترومغناطیسی با فرکانس بسیارکم بر تکثیر و تمایز سلولی
اثر میدان های الکترومغناطیسی با فرکانس بسیارکم بر تکثیر و تمایز سلولی

جمع بندی داده ها بیانگر آن است که:
پاسخ فیزیولوژیکی سلول در میدان الکترومغناطیسی بستگی به تاریخچه رشد سلولی (سن سلول و تمایز سلولی) دارد.
بکارگیری میدان الکترومغناطیسی با فرکانس بسیارکم پایدار (Static) تنها در موارد اندکی، باعث تکثیر یا تمایز سلولی شده است، درحالی که تأثیر میدانهای الکترومغناطیسی پالسی ۶۶ درصد مطالعات جدول یک را شامل میشود.

با بررسی نتایج به دست آمده با میدان های الکترومغناطیسی پالسی مشخص شد که بیشترین تأثیر میدان ELF بر تکثیر سلولی است و در موارد اندکی تمایز سلولی مشاهده میشود.

هرچند بیشترین میزان تکثیر سلولی در مطالعات فرکانسی بین ۱۵ تا ۶۰ هرتز مطرح شده لاکن فرکانس ۵۰ هرتز بیش از دیگر فرکانس ها مؤثر بوده است. از این رو احتمالاً وجود پنجره فرکانسی، مهمترین عامل تأثیر میدان الکترومغناطیسی با فرکانس بسیارکم بر فرایند تکثیر سلولی است.
تکثیر سلولی زمانی مشاهده میشود که چند جلسه تابش گیری وجود داشته یا تابش دهی سلول ها برای ساعات طولانی (به صورت مزمن) انجام شود. هرچند در موارد نادر تابش دهی در یک جلسه هم موجب تکثیر سلولی شده است.

برای القای تکثیر سلولی، اثر میدان الکترومغناطیسی پالسی در شدتهای بیش از۱/۰ میلی تسلا با کمتر از آن برابر است. درحالیکه تمایز سلولی در شدت های بیش از یک میلی تسلا گزارش شده است اما برای ایجاد تمایز سلولی با میدان الکترومغناطیسی پایدار نیاز به میدان های قویتری است.

تأثیر همزمان اکسید نیتریک و میدان الکترومغناطیسی بر میزان تکثیر و تغییر مورفولوژی سلول های بنیادی استرومایی

میدان الکترومغناطیسی به عنوان یک عامل محرک فیزیکی خواه و ناخواه فرآیندهای سلولی را تحت تأثیر خود قرار میدهد. در مطالعه حاضر تغییر مورفولوژی و سرعت تکثیر سلول های بنیادی مزانشیمی مغز استخوان موش صحرایی در حضور میدان الکترومغناطیسی (EMF) و مولکول پیامبر اکسید نیتریک (NO) بررسی شد.

مواد و روشها: بعد از جداسازی سلول های بنیادی استرومایی از مغز استخوان موش صحرایی و تکثیر و واکشت سلول ها، به محیط کشت آنها Deta-NO اضافه شد و سلول ها با میدان الکترومغناطیسی با فرکانس ۵۰ هرتز و شدت ۲۰ میلی تسلا تیمار شدند. برای تخمین میزان رشد سلول ها از روش سنجش MTT استفاده شد.

برای تخمین درصد سلول ها در فازهای مختلف چرخه سلولی و تأثیرپذیری توسط اکسید نیتریک و EMF، محتویات DNA سلولی توسط فلوسایتومتری محاسبه شد. پاسخ های سلولی در غلظت های مختلف اکسید نیتریک به صورت متفاوتی تنظیم میشوند، NO در غلظت پیکو تا نانومولار در محیط درونتنی (In vivo) معمولاً تکثیر و بقای سلولی را تحریک میکند.

در حالیکه در سطح میلی مولار به توقف چرخه سلولی، آپوپتوزیس و پیری منجر میشود. کمبود فعالیت پروتئین کیناز G میزان تکثیر سلولی را کاهش میدهد. در این مطالعه نشان داده شد که غلظت بالای NO تکثیر سلول ها را به صورت معناداری کاهش اما غلظت پایین NO تکثیر سلولی را به ویژه در زمان ۴۸ ساعت افزایش میدهد.

اثرات میدان الکترومغناطیسی به پارامترها و پروتکل های مختلف تیمار مانند زمان تیمار، شدت و فرکانس میدان وابسته است. در یک مطالعه نشان داده شد که تیمار با میدان الکترومغناطیسی با فرکانس فوق العاده پایین با اثر روی بیان ژنها و پروتئین ها، سرعت تکثیر سلول ها را افزایش داد.

در بررسی دیگر دینیز و همکاران نشان دادند که EMF با فرکانس ۱۵ هرتز و شدت ۶٫۰ میلی تسلا رشد سلول ها را به واسطه افزایش سنتز اکسید نیتریک افزایش میدهد. بسیاری از مطالعات نشان دادهاند که EMF میتواند پتانسیل تمایزی سلول های بنیادی مزانشیمی مغز استخوان را افزایش و رشد سلول ها را کاهش دهد.

در مطالعه ای دیگر نشان داده شد که تیمار با میدان الکترومغناطیسی با شدت ۲ میلی تسلا و فرکانس ۵۰ هرتز cAMP درون سلولی را افزایش میدهد و تکثیر سلولی را مهار میکند. نتایج حاصل از این مقاله نشانگر این است که میدان الکترومغناطیسی در حضور مولکول سیگنالینگ NO میزان تکثیر سلول ها را کاهش میدهد که این کاهش به غلظت بالا و پایین NO وابسته است و باعث توقف چرخه سلولی در فاز G2 میشود. همچنین EMF و NO تأثیر مهمی روی تغییر شکل و تحرک سلولهای بنیادی میگذارد.

منابع مقاله

۱- Robert،E.Hausman, THE CELL A Molecular Approach،book. 2007.
۲- Salmaninejad.Kangari.Shakoori M.D., “Oxidative stress: development and progression of breast cancer,” vol. 75, no. 1, pp. 1–۹, ۲۰۱۷٫
۳- L. Khoshtabiat and M. Mahdavi, “The Role of Oxidative Stress in Proliferation and Cell Death,” vol. 25, no. 127, pp. 130–۱۴۵, ۲۰۱۵٫
۴- D. S. Gray, W. F. Liu, C. J. Shen, K. Bhadriraju, C. M. Nelson, and C. S. Chen, “Engineering amount of cell – cell contact demonstrates biphasic proliferative regulation through RhoA and the actin cytoskeleton,” vol. 314, 2008

برچسب ها
نمایش بیشتر

نوشته های مشابه

دکمه بازگشت به بالا
dapibus at ante. et, fringilla ut libero libero. amet, commodo
بستن
بستن

adblock را غیر فعال کنید

سیستم زوم طب روشی را برای دور زدن تبلیغات در سیستم شما یافته است جهت حمایت از ما از استفاده از آن صرف نطر کنید