يمهد اكتشاف آلية قديمة لمكافحة المناعة الطريق نحو المزيد من التقنيات الشبيهة بـ "كريسبر CRISPR "
8 فبراير 2023
مصدر:جامعة كولورادو في بولدر
ScienceDaily
د. سالم موسى القحطاني
_____
عندما يتعلق الأمر بمحاربة الغزاة ، تعمل البكتيريا بطريقة مشابهة بشكل ملحوظ للخلايا البشرية ، وتمتلك نفس الآلية الأساسية المطلوبة لتشغيل وإيقاف مسارات المناعة ، وفقًا لبحث جديد.
ألقت الدراسة ، التي نُشرت في 8 فبراير في مجلة Nature ، الضوء أيضًا على كيفية عمل تلك الآلية القديمة المشتركة - مجموعة من الإنزيمات المعروفة باسم ubiquitin transferase.
قال المؤلفون إن الفهم الأفضل لهذه الآلة ، وربما إعادة برمجتها ، يمكن أن يمهد الطريق في النهاية لمقاربات جديدة لعلاج مجموعة من الأمراض البشرية ، من اضطرابات المناعة الذاتية مثل التهاب المفاصل الروماتويدي ومرض كرون إلى الأمراض التنكسية العصبية مثل مرض باركنسون.
قال كبير المؤلفين آرون وايتلي ، الأستاذ المساعد في قسم الكيمياء الحيوية: "تُظهر هذه الدراسة أننا لسنا مختلفين تمامًا عن البكتيريا". "يمكننا أن نتعلم الكثير عن كيفية عمل جسم الإنسان من خلال دراسة هذه العمليات البكتيرية."
كريسبر CRISPR? التالية؟
الدراسة ليست أول من يعرض الدروس التي يمكن أن تعلمها البكتيريا للإنسان.
تشير الدلائل المتزايدة إلى أن أجزاء من الجهاز المناعي البشري ربما تكون قد نشأت في البكتيريا ، حيث أسفر التطور عن تكرارات أكثر تعقيدًا من أدوات مكافحة الفيروسات البكتيرية عبر الممالك النباتية والحيوانية.
في عام 2020 ، فازت جينيفر دودنا ، عالمة الكيمياء الحيوية بجامعة كاليفورنيا في بيركلي ، بجائزة نوبل لـ CRISPR ، وهي أداة لتعديل الجينات تعيد تشكيل بكتيريا نظام غامض أخرى تستخدمها لمحاربة الفيروسات الخاصة بها ، والمعروفة باسم العاثيات.
أشعلت الضجة حول تقنية كريسبر اهتمامًا علميًا متجددًا بالدور الذي تلعبه البروتينات والإنزيمات في الاستجابة المناعية المضادة للعاثيات.
قال وايتلي: "على مدى السنوات الثلاث إلى الخمس الماضية ، أدرك الناس أن الأمر لا ينتهي بكريسبر. الإمكانيات أكبر بكثير".
الحلقة المفقودة في التاريخ التطوري
فيما يتعلق بالدراسة، تعاون وايتلي والمؤلف الأول المشارك هانا ليدفينا ، زميلة ما بعد الدكتوراه في جين كوفين تشايلدز في القسم ، مع علماء الكيمياء الحيوية بجامعة كاليفورنيا في سان دييغو لمعرفة المزيد عن بروتين يسمى cGAS (سينسيز GMP-AMP الدوري) ، والذي تم عرضه مسبقًا وانه يكون موجودا في كل من البشر ، وفي البكتيريا بشكل أبسط.
في البكتيريا والبشر ، يعتبر cGAS أمرًا بالغ الأهمية لتكوين دفاع قويا في اتجاه مصدر الخوف عندما تستشعر الخلية عدوًا فيروسيًا. لكن ما ينظم هذه العملية في البكتيريا لم يكن معروفًا من قبل.
باستخدام تقنية فائقة الدقة تسمى الفحص المجهري الإلكتروني بالتبريد جنبًا إلى جنب مع التجارب الجينية والكيميائية الحيوية الأخرى ، ألقى فريق وايتلي نظرة فاحصة على بنية سلف cGAS التطوري في البكتيريا واكتشفوا بروتينات إضافية تستخدمها البكتيريا لمساعدة cGAS في الدفاع عن الخلية من هجوم فيروسي.
على وجه التحديد ، اكتشفوا أن البكتيريا تعدل cGAS باستخدام "نسخة مبسطة" من يوبيكويتين ترانسفيراز ، وهي مجموعة معقدة من الإنزيمات التي تتحكم في الإشارات المناعية والعمليات الخلوية الهامة الأخرى لدى البشر.
قال ليدفينا ، لأن البكتيريا أسهل في المعالجة الجينية والدراسة من الخلايا البشرية ، فإن هذا الاكتشاف يفتح عالمًا جديدًا من الفرص للبحث.
"إن ترانسازات اليوبيكويتين في البكتيريا هي الحلقة المفقودة في فهمنا للتاريخ التطوري لهذه البروتينات."
تحرير البروتينات
كشفت الدراسة أيضًا عن كيفية عمل هذا الجهاز ، وتحديد مكونين رئيسيين - بروتينات تسمى Cap2 و Cap3 (البروتين المرتبط بـ CD-NTase 2 و 3) - والتي تعمل ، على التوالي ، كمفاتيح تشغيل وإيقاف لاستجابة cGAS.
أوضح وايتلي أنه بالإضافة إلى لعب دور رئيسي في الاستجابة المناعية ، يمكن أن يعمل اليوبيكويتين في البشر كنوع من علامات القمامة الخلوية ، ويوجه البروتينات الزائدة أو القديمة ليتم تكسيرها وتدميرها. عندما يختل هذا النظام بسبب طفرات في الجهاز، يمكن أن تتراكم البروتينات ويمكن أن تحدث أمراض ، مثل باركنسون.
يؤكد المؤلفون أن هناك حاجة إلى مزيد من البحث ، لكن الاكتشاف يفتح أبواباً علمية مثيرة. تمامًا كما قام العلماء بتكييف نظام الدفاع البكتيري القديم CRISPR في تقنية حيوية تشبه المقص يمكنها قص الطفرات من الحمض النووي ، يعتقد وايتلي أن قطعًا من آلة يوبيكويتين ترانسفيراز البكتيرية - وبالتحديد Cap3 ، "مفتاح الإيقاف" - يمكن برمجتها في النهاية لتعديل التخلص من البروتينات المسببة للمشكلة وعلاج الأمراض لدى البشر.
قدم هو وفريقه ، بمساعدة Venture Partners في CU Boulder ، بالفعل طلبًا لحماية الملكية الفكرية ، وهم يمضون قدمًا في المزيد من الأبحاث.
قال وايتلي: "كلما فهمنا المزيد عن ترانسازات يوبيكويتين ( ubiquitin transferase ) وكيفية تطورها ، كلما كان المجتمع العلمي مجهزًا بشكل أفضل لاستهداف هذه البروتينات علاجيًا". "تقدم هذه الدراسة دليلًا واضحًا حقًا على أن الآلات -الميكانزم -الموجودة في أجسامنا والمهمة لمجرد الحفاظ على الخلية بدأت في البكتيريا التي تقوم ببعض الأشياء المثيرة حقًا."
