Metabolic regulation of hematopoiesis
ہیماٹوپوئیٹک سٹیم سیل (ایچ ایس سی) میں دوبارہ پیدا ہونے کی زیادہ صلاحیت ہوتی ہے اور یہ خون اور مدافعتی نظام کے تمام خلیوں میں فرق کرنے کی صلاحیت رکھتے ہیں۔ اس متاثر کن صلاحیت کے باوجود، ایچ ایس سی میں زیادہ ملٹی پوٹینٹ اسٹیم سیل تیار کرنے کی محدود صلاحیت ہے۔ اس محدود خود تجدید کی صلاحیت کو ایچ ایس سی میں ایک پرسکون حالت کی دیکھ بھال کے ذریعے محفوظ کیا جاتا ہے۔ اس پرسکون حالت میں برقرار رکھے جانے والے اسٹیم سیل طویل مدتی ایچ ایس سی (ایل ٹی-ایچ ایس سی) کے نام سے جانے جاتے ہیں۔ سکون کے دوران، ایچ ایس سی میٹابولک سرگرمی کی نچلی سطح کو برقرار رکھتے ہیں اور تقسیم نہیں کرتے ہیں۔ ایل ٹی-ایچ ایس سی کو پھیلنے کا اشارہ دیا جا سکتا ہے، جس سے مائیلوئڈ یا لیمفائیڈ پروجینیٹرز پیدا ہوتے ہیں۔ ان پروجینیٹرز کی پیداوار بغیر کسی قیمت کے نہیں ہوتی: جب لیبارٹری کے ایسے حالات میں اگائی جاتی ہے جو پھیلاؤ کو جنم دیتے ہیں، تو ایچ ایس سی تقسیم کرنے اور نئے پروجینیٹرز تیار کرنے کی صلاحیت کھو دیتے ہیں۔ لہذا، ان راستوں کو سمجھنا جو ایچ ایس سی میں پھیلاؤ یا پرسکون حالتوں کو برقرار رکھتے ہیں، ایچ ایس سی پر مشتمل موجودہ علاج معالجے کو بہتر بنانے کے لیے نئے راستے ظاہر کر سکتے ہیں۔ پس منظر تمام بالغ سٹیم سیل دو قسم کی تقسیم سے گزر سکتے ہیں: سمیٹرک اور غیر متناسب۔ جب کوئی خلیہ متناسب تقسیم سے گزرتا ہے، تو یہ یا تو دو مختلف خلیات یا دو نئے سٹیم خلیات پیدا کر سکتا ہے۔ جب کوئی خلیہ غیر متناسب تقسیم سے گزرتا ہے، تو یہ ایک تنا اور ایک مختلف خلیہ پیدا کرتا ہے۔ جسم کے اندر اس آبادی کو برقرار رکھنے کے لیے نئے سٹیم سیلز کی پیداوار ضروری ہے۔ تمام خلیوں کی طرح ہیماٹوپوئیٹک سٹیم سیل بھی نشوونما کے دوران اپنی بائیو انرجیٹک ضروریات کو پورا کرنے کے لیے میٹابولک شفٹوں سے گزرتے ہیں۔ یہ میٹابولک شفٹ سگنلنگ، بائیو ماس پیدا کرنے اور سیل کو نقصان سے بچانے میں اہم کردار ادا کرتی ہیں۔ میٹابولک تبدیلیاں بھی ایچ ایس سی میں ترقی کی رہنمائی کرتی ہیں اور اس بات کا تعین کرنے میں ایک کلیدی عنصر ہیں کہ آیا ایچ ایس سی خاموش رہے گا، متناسب طور پر تقسیم ہوگا، یا غیر متناسب طور پر تقسیم ہوگا۔ جیسا کہ اوپر ذکر کیا گیا ہے، پرسکون خلیات آکسیڈیٹیو فاسفوریلیشن کی کم سطح کو برقرار رکھتے ہیں اور توانائی پیدا کرنے کے لیے بنیادی طور پر گلائکولیسس پر انحصار کرتے ہیں۔ فیٹی ایسڈ بیٹا آکسیڈیشن کو ایچ ایس سی میں قسمت کے فیصلوں کو متاثر کرنے کے لیے دکھایا گیا ہے۔ اس کے برعکس، پھیلاؤ والے ایچ ایس سی بنیادی طور پر آکسیڈیٹیو فاسفوریلیشن پر منحصر ہوتے ہیں۔ یہ تبدیلی انٹرا سیلولر ری ایکٹیو آکسیجن پرجاتیوں (آر او ایس) کی سطح میں اضافے اور خلیوں میں انابولک سرگرمی میں اضافے کے ساتھ ہوتی ہے۔ کوئیسینس گلائکولیسس اور ایچ آئی ایف سگنلنگ کی دیکھ بھال یہ اچھی طرح سے سمجھا جاتا ہے کہ کوئیسینٹ ایچ ایس سی میں میٹابولک سرگرمی کی سطح بہت کم ہوتی ہے۔ ایل ٹی-ایچ ایس سی توانائی پیدا کرنے کے لیے بنیادی طور پر اینیروبک گلائکولیسس پر انحصار کرتے ہیں۔ ایچ ایس سی کی دیگر اقسام کے برعکس، مائٹوکونڈریل آکسیڈیٹیو ریسپریشن سے بہت کم توانائی پیدا ہوتی ہے۔ اس کی وجہ ممکنہ طور پر دو گنا ہے: ایل ٹی-ایچ ایس سیز بون میرو کے ہائپوکسک طاق کے اندر رہتے ہیں، اور مائٹوکونڈریل تنفس کی کم سطح خاموش خلیوں کو نقصان سے پیدا ہونے والے آر او ایس سے بچاتی ہے۔ جب آر او ایس کی ضرورت سے زیادہ سطح موجود ہوتی ہے، تو ایل ٹی-ایچ ایس سی تفریق یا اپوپٹوسس سے گزرتے ہیں، اور خود تجدید کرنے کی صلاحیت کھو دیتے ہیں۔ اس سے پتہ چلتا ہے کہ گلائکولیسس پر انحصار نہ صرف ایک ماحولیاتی موافقت ہے، بلکہ ایل ٹی-ایچ ایس سی کے لیے بھی ان کے تنے کو برقرار رکھنے کی ضرورت ہے۔ گلائکولیسس کے لیے ایل ٹی-ایچ ایس سی کی ترجیح ٹرانسکرپشن فیکٹر ایم ای آئی ایس 1 اور، کم حد تک، پروٹین سی بی پی/پی 300-انٹرایکٹنگ ٹرانس ایکٹیویٹر 2 (سی آئی ٹی ای ڈی 2) کے ذریعے انکوڈ کی جاتی ہے۔ دونوں انزائم ہائپوکسیا-انڈکیوبل فیکٹر 1α (HIF1α) کو منظم کرتے ہیں۔ ہائپوکسک حالات کے تحت، گلائکولیسس کی شرح میں اضافہ کرنے کے لیے کئی گلائکولیٹک انزائموں کے اظہار کو بڑھانے کے لیے ایچ آئی ایف 1 اے ایچ آئی ایف 1 ایس کے ساتھ ڈائمرائز کرتا ہے۔ HIF1α پائروویٹ ڈی ہائیڈروجنیز کینیسز (PDK) 2 اور 4 کو بھی چالو کرتا ہے۔ یہ انزائم پائروویٹ ڈی ہائیڈروجنیز (پی ڈی ایچ) کو روکتے ہیں۔ پی ڈی ایچ پائروویٹ کو ایسیٹیل-سی او اے میں تبدیل کرتا ہے، جو ٹی سی اے سائیکل اور آکسیڈیٹیو فاسفوریلیشن میں میٹابولائٹ کے داخلے کے لیے ایک اہم پہلا قدم ہے۔ چونکہ یہ نظام مائٹوکونڈریل میٹابولزم کو روکتا ہے اور گلائکولیسس کو چالو کرتا ہے، اس لیے یہ خیال کیا جاتا ہے کہ HIF1α کی طرف سے میٹابولک ری پروگرامنگ LT-HSC سکون کا ایک اہم محرک ہے۔ HIF1α کے ذریعہ میٹابولک ری پروگرامنگ ہمیشہ PDKs پر کارروائی کے ذریعے نہیں ہوتی ہے۔ ایچ آئی ایف 1 اے سائٹوسولک پروٹین سی آر آئی پی ٹی او کے اظہار کو بھی فروغ دے سکتا ہے۔ اس کے بعد سی آر آئی پی ٹی او گلائکولیٹک انزائموں کو چالو کرنے کے لیے اپنے سیل سطح کے رسیپٹر جی آر پی 78 کے ساتھ تعامل کرتا ہے۔ ایکسٹرا سیلولر سائٹوکائنز اور کیموکائنز بھی HIF1α سرگرمی میں حصہ ڈال سکتے ہیں، لیکن ان سگنلنگ مالیکیولز کی صحیح شراکت کو واضح کرنے کے لیے مزید کام کی ضرورت ہے۔ HIF1α کے علاوہ، MEIS1 HIF2α کی نقل کو بھی شامل کرتا ہے۔ اگرچہ یہ انزائم ساختی طور پر HIF1α سے ملتا جلتا ہے، لیکن HIF2α کے الگ الگ افعال ہیں۔ خیال کیا جاتا ہے کہ HIF2α HSCs کو مائٹوکونڈریل ROS کی پیداوار سے بچاتا ہے۔ ایچ ایس سی میں آر او ایس کا جمع ہونا اینڈوپلاسمک ریٹیکولم میں تناؤ کا سبب بنتا ہے، جو بالآخر بے نقاب پروٹین کے ردعمل اور اپوپٹوسس کو جنم دیتا ہے۔ ایچ آئی ایف 2 اے آر او ایس بجھانے میں شامل کئی جینوں کو ریگولیٹ کرکے خلیے کو آر او ایس جمع ہونے سے بچاتا ہے، جن میں کیٹالیز، گلوٹاتھیون پیرو آکسائیڈیز ٹائپ I، اور سپر آکسائیڈ ڈسمیوٹیز شامل ہیں۔ اس لیے سکون کے دوران سیلولر صحت کو برقرار رکھنے کے لیے HIF2α کی فعالیت ضروری ہے۔ مائٹوکونڈریل میٹابولزم مائٹوکونڈریل تنفس کی کم سطح کے باوجود، ابھرتے ہوئے شواہد سے پتہ چلتا ہے کہ سب سے زیادہ دوبارہ پیدا ہونے کی صلاحیت والے ایل ٹی-ایچ ایس سی میں بھی مائٹوکونڈریا کی تعداد زیادہ ہوتی ہے۔ اس کے باوجود، خاموش ایچ ایس سی مائٹوکونڈریا میں جھلی کی صلاحیت کم ہوتی ہے اور آکسیڈیٹیو فاسفوریلیشن کی شرح کم ہوتی ہے۔ یہ ایک بار پھر توانائی پیدا کرنے کے لیے گلائکولیسس پر ایل ٹی-ایچ ایس سی کے انحصار کو اجاگر کرتا ہے۔ ان کی غیر فعالیت کے باوجود، بہت سے مائٹوکونڈریا رکھنے سے یہ ظاہر ہو سکتا ہے کہ ایک بار مناسب سگنل موصول ہونے کے بعد خاموش ایچ ایس سی پھیلاؤ کے لیے تیار ہیں۔ سیل فیٹ کے فیصلے حال ہی میں، یہ دریافت کیا گیا ہے کہ فیٹی ایسڈ آکسیڈیشن (ایف اے او) اس بات کا ایک اہم تعین کرنے والا ہے کہ آیا اسٹیم سیل ہم آہنگی سے یا غیر متناسب طور پر تقسیم ہوگا۔ مائٹوکونڈریا میں فیٹی ایسڈ کی نقل و حمل اور ان کے بعد کے میٹابولزم کو موثر ہونا چاہیے تاکہ خلیات خود تجدید کی صلاحیت کو برقرار رکھ سکیں۔ ایچ ایس سیز میں، پرومییلوسیٹک لیوکیمیا پروٹین (پی ایم ایل)/پیرو آکسیسوم پھیلاؤ-فعال رسیپٹر-گاما کو ایکٹیویٹر 1α (پی جی سی-1α)/پیرو آکسیسوم پھیلاؤ-فعال رسیپٹر ٹائپ δ (پی پی اے آر ڈی) کے ذریعے فیٹی ایسڈ ٹرانسپورٹ اور β-آکسیڈیشن میں شامل نیوکلیئر جینز کی ٹرانسکرپشنل ایکٹیویشن ان عملوں کی کارکردگی میں ثالثی کرتی ہے۔ یہ راستہ ایچ ایس سی کی خود تجدید کے لیے بھی ضروری ہے کیونکہ یہ سٹیم سیل کی آبادی کی دیکھ بھال کو فروغ دیتا ہے۔ ایف اے او ایک پروجینیٹر اور ایک سٹیم سیل تیار کرنے کے لیے غیر متناسب ایچ ایس سی ڈویژن کو فروغ دیتا ہے۔ ایف اے او کی روک تھام کو پروجینیٹر خلیوں کی آبادی کو بڑھانے کے لیے دکھایا گیا ہے، اس طرح اسٹیم سیل کی آبادی میں کمی آتی ہے۔ ایف اے او اور غیر متناسب ایچ ایس سی ڈویژنوں کے درمیان ارتباط کے باوجود، عین طریقہ کار جس کے ذریعے ایف اے او سٹیم سیل کی قسمت کے فیصلوں کو کنٹرول کرتا ہے اب بھی واضح نہیں ہے۔ پھیلاؤ کے دوران میٹابولزم Hif1 اور مائٹوکونڈریل میٹابولزم میں تبدیلی اگرچہ HSCs کے لیے اپنی خود تجدید کی صلاحیت کو برقرار رکھنے کے لیے سکون کو برقرار رکھنا ضروری ہے، لیکن جسم کے لیے خون کے خلیوں اور مدافعتی خلیوں کو دوبارہ پیدا کرنے کے لیے پھیلاؤ ضروری ہے۔ تقسیم کے دوران، ایچ ایس سی ہائپوکسک طاق کو چھوڑ دیتے ہیں اور گردش کرنا شروع کر دیتے ہیں۔ ان نارموکسک حالات کے تحت، HIF1α کو پرولیل ہائیڈروکسیلیز PHD1، 2 اور 3 کے ذریعے ہائیڈروکسیلیٹ کیا جاتا ہے۔ یہ ہائیڈروکسیلیشن سیل کو وان ہپل-لنڈاؤ (وی ایچ ایل) یوبیکیوٹین لیگسز کے ذریعے ایچ آئی ایف 1 اے کو خراب کرنے کے لیے متحرک کرتا ہے۔ ایچ آئی ایف 1 اے کی انحطاط ایچ آئی ایف 1 ایس کے ساتھ ڈائمرائزیشن کو روکتا ہے، جس سے گلائکولیٹک جینز کی نقل و حمل میں رکاوٹ پیدا ہوتی ہے۔ HIF1α کو خراب کرنا PDK2 اور 4 کی سرگرمی کو بھی روکتا ہے، اس طرح مائٹوکونڈریا میں PDH کی تقریب دوبارہ شروع ہوتی ہے۔ چونکہ خلیہ اب ایسیٹیل-سی او اے کی پیداوار کو متحرک کرنے کے قابل ہے، اس لیے مائٹوکونڈریل میٹابولزم دوبارہ شروع کرنے کے قابل ہے۔ اس مائٹوکونڈریل میٹابولزم کی بحالی کو سیل سائیکل میں دوبارہ داخل کرکے مربوط کیا جاتا ہے۔ مائٹوکونڈریل میٹابولزم کی بحالی کے ساتھ ساتھ انابولک سرگرمیوں میں شامل سیل سائیکل جینز اور جینز کی نقل و حمل میں اضافہ ہوتا ہے۔ جیسا کہ توقع کی جاتی ہے، ہائی مائٹوکونڈریل جھلی کی صلاحیت والے ایچ ایس سی میں سیل سائیکل اور میٹابولزم سے متعلق جینوں کے اظہار کی شرح زیادہ ہوتی ہے۔ ان پھیلتے ہوئے ایچ ایس سی میں آر او ایس کی سطح میں اضافہ جزوی طور پر ایچ ایس سی کی تفریق کو بڑھا سکتا ہے، لیکن اس عمل میں آر او ایس کے کردار کو مکمل طور پر واضح کرنے کے لیے مزید کام کی ضرورت ہے۔ ایچ آئی ایف 1 اے کے ذریعے چلنے والے عمل کے ساتھ پروٹین ٹائروسائن فاسفیٹیس مائٹوکونڈریل 1 (پی ٹی پی ایم ٹی 1) انزائم کو غیر فعال کرنے کے ذریعے مائٹوکونڈریل آکسیڈیٹیو فاسفوریلیشن کو چالو کرنا ہے۔ پی ٹی پی ایم ٹی-1 ایچ ایس سی کو پروجینیٹرز میں فرق کرنے کے لیے ضروری ہے، اور اس انزائم کے ضائع ہونے کے نتیجے میں چوہوں میں خون کے خلیات پیدا کرنے میں ناکامی ہوتی ہے۔ پی ٹی پی ایم ٹی-1 کے اہداف میں فاسفیٹائڈائلینوسٹول فاسفیٹس (پی آئی پی) شامل ہیں۔ جب پی آئی پیز پر پی ٹی پی ایم ٹی-1 کے ذریعے عمل کیا جاتا ہے، تو مائٹوکونڈریل جھلی کی صلاحیت کم ہو جاتی ہے۔ یہ کمی ٹی سی اے سائیکل میں گلوکوز کے داخلے اور الیکٹران ٹرانسپورٹ چین کے ذریعے اس کے بعد اے ٹی پی نسل کو روکتی ہے۔ اس طرح، پی ٹی پی ایم ٹی-1 سرگرمی ایچ ایس سی کے لیے فرق کرنے کے لیے اہم ہے۔ ایم ٹی سی ایچ 2 سگنلنگ خاموشی کے دوران مائٹوکونڈریل میٹابولزم کا ایک اور اہم دبانے والا مائٹوکونڈریل کیریئر ہومولوگ 2 (ایم ٹی سی ایچ 2) ہے۔ ایم ٹی سی ایچ 2 کا نقصان آکسیڈیٹیو فاسفوریلیشن میں اضافہ کرتا ہے اور ایچ ایس سی تفریق کو متحرک کرتا ہے۔ جیسا کہ توقع کی جاتی ہے، آکسیڈیٹیو فاسفوریلیشن میں یہ اضافہ آر او ایس کی سطح، اے ٹی پی کی سطح، اور مائٹوکونڈریل سائز میں اضافہ کرتا ہے۔ یہ فینوٹائپز ایچ ایس سی کی قسمت کی ہدایت میں ایم ٹی سی ایچ 2 کی اہمیت کو اجاگر کرتے ہیں۔ پرولیفریٹو ایچ ایس سیز میں گلائکولیسس کا پینٹوز فاسفیٹ پاتھ وے اپ ریگولیشن مائٹوکونڈریل ایکٹیویشن پر ریڈوکس بیلنس کو برقرار رکھنے کے لیے پینٹوز فاسفیٹ پاتھ وے (پی پی پی) کو چلا سکتا ہے۔ پی پی پی نیکوٹینامائڈ اڈینائن ڈینیوکلیوٹائڈ فاسفیٹ (این اے ڈی پی ایچ) پیدا کرتا ہے، جو سیلولر کو کم کرنے والا ایک طاقتور ایجنٹ ہے۔ این اے ڈی پی ایچ کی پیداوار خلیوں کو آر او ایس کے جمع ہونے سے بچا سکتی ہے کیونکہ یہ گلوٹاتھیون-ریڈکٹیس نظام کا ایک اہم جزو ہے۔ مزید برآں، نیوکلک ایسڈ اور لپڈ کی ترکیب کے لیے این اے ڈی پی ایچ کی ضرورت ہوتی ہے۔ اس طرح، ہائی انٹرا سیلولر این اے ڈی پی ایچ ایچ ایس سی کے لیے بائیو ماس پیدا کرنے کے لیے ضروری ہو سکتا ہے کیونکہ وہ سیل سائیکل میں دوبارہ داخل ہوتے ہیں۔ ایکس ویوو ایچ ایس سی توسیعی نظاموں میں کام اس خیال کی حمایت کرتا ہے، لیکن ویوو دیگر سگنلنگ پاتھ ویز میں پی پی پی کے کردار کو نمایاں کرنے کے لیے مزید کام کی ضرورت ہے۔ متعدد سگنلنگ راستوں کا میٹابولک شفٹ کو پرسکون سے پھیلاؤ والے ایچ ایس سی میں ثالثی میں بھی کردار ہے۔ مثال کے طور پر، پیورین میٹابولزم کو اپ ریگولیٹ کیا جاتا ہے اور اس طرح p38MAPK راستے میں سگنلنگ کے ذریعے سیل سائیکل میں داخلے کو فروغ دیتا ہے۔ سیل سائیکل کے اندراج کے دوران ای آر کے اور ایم ٹی او آر، دیگر اہم سگنلنگ راستے بھی چالو ہوتے ہیں۔ دیگر افعال کے علاوہ، یہ راستے پروٹین، نیوکلیوٹائڈ اور لپڈ کی ترکیب کو فروغ دیتے ہیں۔ فعال ای آر کے اور ایم ٹی او آر راستے بھی ایچ ایس سی میں غذائی اجزاء کے اضافے کا باعث بنتے ہیں۔ اس حیاتیاتی مصنوعی کردار کے علاوہ، ایم ٹی او آر خلیوں میں اے ٹی پی کی پیداوار کی شرح میں بھی اضافہ کر سکتا ہے۔ ہیماٹوپوئیٹک اسٹیم سیل ہیماٹوپوئیٹک اسٹیم سیل ٹرانسپلانٹیشن میٹابولزم ٹی سی اے سائیکل گلائکولیسس حوالہ جات ہیماٹوپوئیسیس میٹابولزم بھی دیکھیں۔