בעונת ההצטננות והשפעת, עודף ליחה הוא סימפטום נפוץ ולא נעים של מחלה, אך החומר החלקלק חיוני לבריאות האדם. כדי להבין טוב יותר את תפקידיו הרבים, חוקרים סינתזו את המרכיב העיקרי של הריר, החלבונים המצופים בסוכר הנקראים מוצינים, וגילו ששינוי המוצינים של תאים בריאים כדי להידמות לאלו של תאים סרטניים גרם לתאים בריאים לפעול יותר כמו סרטן.
החוקרת תציג את תוצאותיה היום במפגש האביב של האגודה האמריקאית לכימיה (ACS). ACS Spring 2024 הוא מפגש היברידי המתקיים באופן וירטואלי ובאופן אישי בין 17-21 במרץ; הוא כולל כמעט 12,000 מצגות במגוון נושאים מדעיים.
"במשך מאות שנים, הריר נחשב לחומר פסולת או סתם מחסום פשוט", אומרת ג'סיקה קרמר, פרופסור להנדסה ביו-רפואית שהובילה את המחקר. ואכן, הוא משמש כמחסום, מסדיר את ההובלה של מולקולות קטנות וחלקיקים לתאי אפיתל שמצפים את דרכי הנשימה והעיכול. אבל זה גם עושה הרבה יותר. מחקרים מראים כי ריר ו-mucins הם פעילים ביולוגית, ממלאים תפקידים בחסינות, התנהגות תאים והגנה מפני פתוגנים וסרטן. הצוות של קריימר באוניברסיטת יוטה, למשל, מצא לאחרונה שסוכרים ספציפיים המחוברים ל-mucins מעכבים זיהום בקורונה בתרבית תאים.
חלק מהאתגר של לימוד ריר ומוצינים באופן כללי הוא שיש להם מגוון די של מבני חלבון".
ג'סיקה קרמר, פרופסור להנדסה ביו-רפואית, אוניברסיטת יוטה
למרות שבני אדם חולקים יותר מ-20 גנים של mucin, גנים אלה מתבטאים בצורה שונה ברקמות שונות ומחוברים ליצירת מגוון של חלבונים. בנוסף, תאים משנים את החלבונים הללו באינספור דרכים עם סוכרים שונים כדי לענות על צרכי הגוף.
מסבך את התמונה, גורמים גנטיים לבדם אינם קובעים את הרכב המוצין. גורמים תזונתיים וסביבתיים יכולים גם להשפיע אילו סוכרים נקשרים לחלבונים אלה. לפיכך, הרכב הריר יכול להשתנות באופן משמעותי מאדם לאדם, מיום ליום ומרקמה לרקמה, כל אלו מקשים על זיהוי ההשפעות הביולוגיות של כל מוצין נתון.
כדי לחקור את תכונות המוצין, חוקרים יכולים לאסוף ריר מבעלי חיים בבתי מטבחיים, אומר קרמר. "אבל בסופו של דבר, זה די עתיר עבודה וקשה לטיהור. ובתהליך הקטיף, בדרך כלל התכונות הדביקות והרירות מופרעות".
כחלופה, ניתן לרכוש מוצינים מהמדף, מסביר קרמר. אבל מכיוון ששונות אצווה לאצווה יכולה להוביל לבעיות בשחזור הניסוי, יש צורך בשיטות לייצור אמין של mucins סינתטיים בקנה מידה ובמחיר סביר.
בהיעדר שיטה גנטית פשוטה לייצור מוצינים בודדים, המעבדה של קרמר שילבה כימיה סינתטית ואנזימים חיידקיים כדי ליצור את הפוליפפטידים הליבה ולאחר מכן להוסיף סוכרים באופן סלקטיבי ליצירת מוצינים סינתטיים ייחודיים. זה מאפשר לחוקרים לבדוק את התכונות הפיזיקליות, הכימיות והביולוגיות של סוגים בודדים של מולקולות מוצין ולזהות את ההשפעה של שינוי סוכרים בודדים או רצפי חלבונים.
קרמר, יחד עם המעבדה של משתפת הפעולה ג'ודי רוזנבלט בקינגס קולג' בלונדון, מיישמת את המוצינים של הצוות שלה על שאלות של ביולוגיה של סרטן. במיוחד, המדענים חוקרים את השפעת המוצינים על השלבים המוקדמים ביותר של היווצרות הגידול. מחקרים קודמים במעבדות אחרות הראו שמוצינים המוטבעים על פני השטח של תאים סרטניים מקדמים גרורות, התפשטות סרטן לרקמות אחרות בגוף. מוצינים אלה יכולים גם לעזור לתאי הסרטן להתחמק מהגנת המערכת החיסונית על ידי חסימת הפעלת תאי החיסון.
"אנחנו בונים מוצינים סינתטיים כדי להבין כיצד ההיבטים הכימיים של חלבונים אלה משפיעים על התנהגותם של תאים סרטניים", מסביר קרמר. "לא ניתן היה לחקור את הדברים האלה בעבר כי אנחנו לא יכולים לשלוט בתכונות המולקולריות של מוצינים באמצעות שיטות גנטיות וביוכימיות מסורתיות".
בדרך כלל, כאשר תאי אפיתל לא סרטניים גדלים, הם מצטופפים יחד, כאשר חלקם מתבטלים משכבת האפיתל כדי לשמור על מבנה רקמה עקבי ויציב. כשהצוות של קרמר עיצב את התאים כך שיהיו בעלי משטח מגושם עשיר במוצין דומה לזה של תאים סרטניים, התאים הפסיקו להחלץ כרגיל ונערמו, ויצרו מה שנראה כמו התחלה של גידולים.
עם זאת, קרמר ממהרת לציין שהצוות שלה לא קבע אם הגנטיקה של התאים השתנתה, ולכן הם אינם יכולים עדיין לקבוע באופן סופי אם התאים הבריאים הפכו לתאים סרטניים. המחקרים האלה נמשכים.
התובנות יהיו מכריעות לפיתוח טיפולי סרטן אפשריים המכוונים ל-mucins, שכן הם יעזרו להדגיש אילו חלקים של מולקולות המוצין החשובים ביותר להיווצרות הגידול.
מדענים ניסו לייצר תרופות ממוקדות מוצין במשך עשרות שנים, אבל זה לא עבד טוב, בין השאר בגלל שקבוצות הסוכר על המולקולות לא נלקחו במלואן בחשבון, אומר קרמר. "עבור חיסון, אנחנו לא יכולים לשקול רק את רצף החלבונים כי לא כך נראית המולקולה למערכת החיסון. במקום זאת, כאשר תא חיסון יתקל בפני השטח של תא סרטני, הוא יראה קודם את הסוכרים, לא עמוד השדרה של החלבון". אז היא מאמינה שחיסון יעיל יצטרך להתמקד בסוכרי המוצין האלה.
מעבר לסרטן, היכולת לשנות באופן מהימן את רצף החלבונים והסוכרים ולייצר כמויות ניתנות להרחבה של מוצינים סינתטיים מציעה הזדמנויות לפתח מולקולות אלה כנוגדות זיהומים, פרוביוטיקה וטיפולים לתמיכה בבריאות הרבייה ובריאות האישה, אומר קרמר.
