رفتن به محتوای اصلی
Koohestun
توضیح کوهستانژنومیککشف علمی۱۲ شهریور ۱۴۰۵، ۸:۲۲· 4 دقیقه مطالعه· در علم

کشف mRNAهای کایمریک در پستانداران توسط محققان هاروارد: پرده‌برداری از لایه‌ای پنهان در سیستم ایمنی

دانشمندان کشف کرده‌اند که ژن‌های پستانداران می‌توانند در عرض کروموزوم‌ها با هم ترکیب شوند و mRNAهای کایمریک ایجاد کنند که پروتئین‌های ناشناخته‌ای را تولید می‌کنند. این پیشرفت، اصول زیست‌شناسی چندین دهه را زیر سوال می‌برد و هزاران هدف بالقوه جدید برای کشف دارو را آشکار می‌سازد.

به قلم اِلا فرجاد

زیست‌شناسان مولکولی 40%ایمنی‌شناسان 40%توسعه‌دهندگان دارو 20%
زیست‌شناسان مولکولی
این کشف را به عنوان یک تغییر بنیادی در دگم مرکزی بیان ژن می‌نگرند.
ایمنی‌شناسان
بر این تمرکز دارند که چگونه پروتئین‌های کایمریک به عنوان نقطه اتکای پنهان پاسخ التهابی عمل می‌کنند.
توسعه‌دهندگان دارو
این کشف را به عنوان یک مرز عظیم و دست‌نخورده برای اهداف درمانی جدید ارزیابی می‌کنند.

برای دهه‌ها، دگم مرکزی زیست‌شناسی مولکولی بر این باور بود که هر یک از تقریباً ۲۰,۰۰۰ ژن موجود در بدن انسان، دستورالعمل‌های لازم برای تولید یک نوع پروتئین واحد را حمل می‌کند. اکنون، محققان دانشکده پزشکی هاروارد این فرض را کاملاً زیر و رو کرده‌اند و کشف کرده‌اند که دستورالعمل‌های ژن‌های مختلف—حتی آن‌هایی که روی کروموزوم‌های کاملاً مجزا قرار دارند—می‌توانند با هم ترکیب شوند تا «mRNAهای کایمریک» ایجاد کنند که پروتئین‌های عملکردی و ناشناخته‌ای را تولید می‌کنند.[1][2]

این یافته‌ها که در تاریخ ۲ سپتامبر در مجله «نیچر» (Nature) منتشر شد، یک سیستم کاملاً جدید تنظیم ژن را آشکار می‌سازد که می‌تواند ژنوم و پروتئوم شناخته‌شده را به طور چشمگیری گسترش دهد. روایدری جکسون (Ruaidhrí Jackson)، استادیار ایمنی‌شناسی در دانشکده پزشکی هاروارد و نویسنده ارشد این مطالعه، می‌گوید: «هیچ‌کس نمی‌دانست این‌ها وجود دارند. نه علم پزشکی، نه صنعت داروسازی.»[1][2]

تیم تحقیقاتی کشف کرد که در طول یک پاسخ ایمنی، کروموزوم‌های سالم می‌توانند به صورت فیزیکی در داخل سلول‌های موش به هم حلقه شوند و ژن‌های معمولاً دور از هم را به نزدیکی فیزیکی نزدیک برسانند. این تعامل بین کروموزومی به ژن‌های تازه مجاور اجازه می‌دهد تا یک مولکول mRNA کایمریک واحد را رونویسی کنند، که بخشی از توالی ژنتیکی خود را از هر ژن والد می‌گیرد.[1][2]

پروتئین حاصل، یک هیبرید عملکردی از دو توالی والد است. جکسون با تأکید بر مقیاس این بخش نادیده گرفته شده از زیست‌شناسی، اشاره کرد: «ما فکر می‌کردیم نقشه‌ای از تمام mRNAهایی که در بدن ساخته می‌شوند، در دست داریم، اما اکنون می‌گوییم که آن فقط صفحه اول بود.»[2]

در طول پاسخ ایمنی، ژن‌های دور از هم می‌توانند به صورت فیزیکی به هم حلقه شوند تا یک مولکول mRNA هیبریدی رونویسی کنند.

برای اثبات اینکه این mRNAهای کایمریک هدف بیولوژیکی واقعی دارند و صرفاً تصادفات سلولی نیستند، تیم بر روی یک کایمرای خاص که در موش‌ها یافت می‌شود تمرکز کرد: ترکیبی از ژن‌های کدکننده GSDMD و TMEM106A.[1][2]

پروتئین استاندارد GSDMD مسئول اجرای «پایروپتوزیس» (Pyroptosis) است—فرآیندی چشمگیر که در آن سلول‌های ایمنی منفجر می‌شوند تا یک پاسخ التهابی گسترده را علیه عفونت آغاز کنند. محققان تأیید کردند که هیبرید کایمریک، GSDMD-TMEM106A، به طور طبیعی در موش‌ها رخ می‌دهد و در غشای پلاسمایی مستقر می‌شود تا این فرآیند تشکیل منافذ را تسریع و تقویت کند.[1][2]

پروتئین استاندارد GSDMD مسئول اجرای «پایروپتوزیس» (Pyroptosis) است—فرآیندی چشمگیر که در آن سلول‌های ایمنی منفجر می‌شوند تا یک پاسخ التهابی گسترده را علیه عفونت آغاز کنند.

پیامدهای فیزیولوژیکی این پروتئین هیبریدی عمیق است. هنگامی که محققان موش‌ها را از نظر ژنتیکی مهندسی کردند تا تولید پروتئین کایمریک را متوقف کنند—در حالی که GSDMD استاندارد دست‌نخورده باقی ماند—پاسخ‌های ایمنی حیوانات به شدت کند شد. موش‌های آلوده به سالمونلا (Salmonella) ناگهان قادر به کنترل گسترش باکتری نبودند، که ثابت می‌کند GSDMD استاندارد برای عملکرد کامل به نسخه کایمریک نیاز دارد.[1][2]

در مقابل، پروتئین کایمریک به عنوان یک نقطه اتکای حیاتی بین دفاع میزبان و ایمونوپاتولوژی کشنده عمل می‌کند. هنگامی که تیم موش‌ها را با یک اندوتوکسین که باعث سپسیس می‌شود آزمایش کردند، ۷۰ درصد از موش‌هایی که فاقد پروتئین کایمریک بودند، از دوزی که معمولاً کشنده است، جان سالم به در بردند، صرفاً به این دلیل که پاسخ التهابی آن‌ها کاهش یافته بود.[1][2]

موش‌هایی که فاقد پروتئین کایمریک بودند، در برابر سپسیس معمولاً کشنده، نرخ بقای ۷۰ درصد را نشان دادند که نقش این پروتئین را در التهاب شدید برجسته می‌کند.

محققان با همکاری شرکت بیوتکنولوژی مدرنا (Moderna)، یک mRNA را مهندسی کردند تا تولید GSDMD-TMEM106A را به طور مصنوعی افزایش دهند. موش‌هایی که سطوح بالایی از این کایمرا را داشتند، حتی در برابر دوزهای خفیف اندوتوکسین نیز تسلیم شدند، که تأکید می‌کند بدن باید این پروتئین‌های هیبریدی را با چه دقتی تنظیم کند تا تعادل بین دفاع ضد باکتریایی و التهاب سیستمیک کشنده حفظ شود.[1][2]

پیامدهای این کشف برای پزشکی انسانی بسیار گسترده است. این تیم تاکنون نزدیک به ۴۰۰ مورد از این mRNAهای کایمریک را که توسط سیگنال‌های التهابی تنظیم می‌شوند، شناسایی کرده است، از جمله هیبریدهایی که در سلول‌های ایمنی انسان و موش حفظ شده‌اند.[2]

از آنجایی که این پروتئین‌های کایمریک در فرآیندهای اساسی ایمنی نقش دارند، ممکن است در بیماری‌های خودایمنی و شرایط التهابی که در حال حاضر فاقد توضیحات واضح هستند، سهیم باشند. این لایه پنهان زیست‌شناسی، مرز جدید و عظیمی را برای کشف دارو ارائه می‌دهد و به صنعت داروسازی هزاران هدف درمانی بالقوه که قبلاً نامرئی بودند، می‌بخشد.[2][3]

چرا مهم است

این کشف قوانین اساسی زیست‌شناسی را بازنویسی می‌کند و نشان می‌دهد که بدن انسان می‌تواند هزاران پروتئین عملکردی تولید کند که قبلاً برای علم نامرئی بودند. با آشکار شدن این لایه پنهان سیستم ایمنی، محققان مرز جدید و عظیمی را برای درمان بیماری‌های خودایمنی، سپسیس (عفونت خون) و عفونت‌های شدید گشوده‌اند.

نکات کلیدی

  1. محققان هاروارد کشف کردند که ژن‌های پستانداران روی کروموزوم‌های مختلف می‌توانند با هم ترکیب شوند تا mRNAهای کایمریک ایجاد کنند.
  2. این mRNAهای هیبریدی، پروتئین‌های عملکردی و ناشناخته‌ای را تولید می‌کنند که نقش‌های حیاتی در سیستم ایمنی ایفا می‌کنند.
  3. مشخص شد که یک پروتئین کایمریک خاص، GSDMD-TMEM106A، برای مبارزه با عفونت‌های باکتریایی در موش‌ها ضروری است.
  4. موش‌هایی که فاقد پروتئین کایمریک بودند، از سپسیس معمولاً کشنده جان سالم به در بردند، که نقش آن را در ایجاد التهاب شدید برجسته می‌کند.
  5. این کشف یک سیستم کاملاً جدید تنظیم ژن را آشکار می‌سازد و هزاران هدف بالقوه جدید برای کشف دارو ارائه می‌دهد.

بررسی عمیق دیدگاه‌ها

زیست‌شناسان مولکولی

این کشف را به عنوان یک تغییر بنیادی در دگم مرکزی بیان ژن می‌نگرند.

برای دهه‌ها، طرح اولیه بنیادی زیست‌شناسی یک رابطه دقیق یک به یک بین جایگاه ژن و رونویسی mRNA حاصل از آن را فرض می‌کرد، با تنوعی که فقط از طریق پیرایش موضعی ایجاد می‌شد. این افشاگری که کروموزوم‌های کاملاً مجزا می‌توانند به صورت فیزیکی به هم حلقه شوند تا یک مولکول mRNA عملکردی واحد را همزمان رونویسی کنند، بازنویسی کتاب‌های درسی پایه ژنتیک را ضروری می‌سازد. محققان اکنون باید یک ژنوم سه‌بعدی و بسیار پویا را در نظر بگیرند که در آن نزدیکی فیزیکی در طول استرس سلولی، تولید پروتئین را دیکته می‌کند و محدودیت‌های نظری پروتئوم پستانداران را به شدت گسترش می‌دهد.

ایمنی‌شناسان

بر این تمرکز دارند که چگونه پروتئین‌های کایمریک به عنوان نقطه اتکای پنهان پاسخ التهابی عمل می‌کنند.

برای ایمنی‌شناسان، کایمرای GSDMD-TMEM106A معمای دیرینه‌ای را در مورد تنظیم پایروپتوزیس—مرگ انفجاری سلولی که التهاب سیستمیک را آغاز می‌کند—حل می‌کند. این واقعیت که GSDMD استاندارد نمی‌تواند عملکرد تشکیل منافذ خود را بدون همتای کایمریک خود به طور کامل اجرا کند، یک مکانیسم ایمنی در سیستم ایمنی را آشکار می‌سازد. این پروتئین هیبریدی به عنوان یک شتاب‌دهنده برای التهاب عمل می‌کند و تعادل بین تهاجم لازم برای مبارزه با عفونت‌های باکتریایی مانند سالمونلا و خطر فاجعه‌بار ایجاد سپسیس کشنده را حفظ می‌کند.

توسعه‌دهندگان دارو

این کشف را به عنوان یک مرز عظیم و دست‌نخورده برای اهداف درمانی جدید ارزیابی می‌کنند.

صنعت داروسازی به شدت به هدف قرار دادن پروتئین‌های خاص برای تعدیل بیماری متکی است. وجود هزاران پروتئین کایمریک ناشناخته و فعال فیزیولوژیکی، کاتالوگ کاملاً جدیدی از اهداف دارویی را فراهم می‌کند. از آنجایی که به نظر می‌رسد این هیبریدها به شدت توسط سیگنال‌های التهابی تنظیم می‌شوند، فرصتی منحصر به فرد برای توسعه داروهای سرکوب‌کننده سیستم ایمنی یا درمان‌های سپسیس بسیار خاص فراهم می‌کنند که کایمرا را هدف قرار می‌دهند بدون اینکه عملکردهای پایه ژن‌های والد را مختل کنند.

منابع

پوشش منابع

3 منبع

3 دیدگاه شناسایی‌شده

زیست‌شناسان مولکولی 40%ایمنی‌شناسان 40%توسعه‌دهندگان دارو 20%
  1. [1]Natureزیست‌شناسان مولکولی

    Functional chimeric mRNAs encode proteins in mammalian immunity

    مطالعه در Nature
  2. [2]Harvard Medical Schoolایمنی‌شناسان

    Mammalian Genes Can Combine To Make Previously Unknown mRNAs, Proteins

    مطالعه در Harvard Medical School
  3. [3]تیم سردبیری کوهستانتوسعه‌دهندگان دارو

    تحلیل تیم سردبیری کوهستان

    مطالعه در تیم سردبیری کوهستان

نظرات

همیشه در جریان باشید

هر زاویه. هر روز.

دریافت علم اخبار همراه با پوشش کامل منابع و تحلیل دیدگاه‌ها، مستقیم در صندوق ورودی شما.