הרבה דברים צריכים להתנהל נכון ברמה המולקולרית כדי שתאי מערכת החיסון ישגרו תגובה אדפטיבית לזיהום.
תאי B יכולים לייצר סוגים שונים של נוגדנים המותאמים לזיהומים ספציפיים על ידי נזק ותיקון מבוקר של DNA כדי לשנות את המידע הגנטי הדרוש לקידוד הנוגדנים. כאשר התהליך משתבש, הוא יכול לייצר מוטציות או סידורים גנומיים המעודדים היווצרות גידולים.
כעת, לראשונה, חוקרי MSU פיתחו כלי לצפייה בכוריאוגרפיה מולקולרית מורכבת זו בזמן אמת. עבודתם, שפורסמה ב-23 ביוני בכתב העת תא מולקולרישופך אור על אחת התעלומות המתמשכות של התהליך: כיצד חלבון מפתח מאתר את האזורים הנכונים של גנום התא החיסוני כדי ליזום את התגובה ההסתגלותית.
את המחקר הובילה Mariia Mikhova, PhD, לשעבר עוזרת מחקר בוגרת במחלקה לביוכימיה וביולוגיה מולקולרית של אוניברסיטת מישיגן סטייט של המחלקה לביוכימיה וביולוגיה מולקולרית, וכעת עורכת פוסט-דוקטורט בבית החולים לילדים בבוסטון. מיכוה הייתה בהנחיית Jens Schmidt, PhD, פרופסור חבר במכון למדעי הבריאות הכמותית והנדסה של MSU ובמחלקה למיילדות, גינקולוגיה וביולוגיה של הרבייה של מכללת MSU של MSU, ו-Kefi Yu, PhD, פרופסור במכללות לרפואת האדם ומדעי הטבע, המחלקה למיקרוביולוגיה ואימונולוגיה, גנטיקה.
הצוות בדק כיצד חלבון מוטטור DNA – ציטידין דמינאז המושרה על ידי הפעלה, או AID – מגויס לאתרים הספציפיים של הגנום של תאי B כדי ליזום אירוע ריקומבינציה של DNA הנקרא רקומבינציה של מחלקות כיתה, המאפשרת לתאי B לשנות את סוג הנוגדנים שהם מייצרים.
השאלה שנותרה, אמר יו, הייתה: "איך החלבון הזה יודע מתי ולאן הוא אמור ללכת?"
כדי לענות על כך, הצוות מינף טכניקת מיקרוסקופיה שפותחה בעבר על ידי שמידט כדי לצפות במולקולות בודדות בזמן אמת. באמצעות תאי עכבר חיים בעריכת Yu, הגישה החדשנית אפשרה להם לעקוב אחר התנועה של AID בתאים חיים.
האופי הגמיש והנייד של תאי B חיים סיבך את תהליך ההדמיה. שמידט זיכה את הסופרת הראשית Mikhova בפיתוח טכניקה באמצעות צנטריפוגה כדי ללחוץ את התאים על זכוכית, מה שמאפשר תקופה של הדמיה לפני שהם צפו מהעין.
"מריה, שבעצם ניהלה את כל ניסויי ההדמיה, הייתה צריכה לעבור ולדמות הרבה מאוד תאים כדי לצפות באירועים הנדירים האלה", אמר שמידט. "זה היה באמת מאמץ הירואי מצידה".
היכולת לצפות בהדמיה בזמן אמת היא "כמו צפייה בסרט", אמר יו.
"ומכיוון שאתה מסתכל על מולקולות בודדות בתא חי, זה שונה מאוד ממבחנים קונבנציונליים שבהם אתה מסתכל על סיכום של אלפי או אפילו עשרות אלפי אירועים", אמר.
המחקר מציע כי שעתוק – יצירת עותק RNA של רצף ה-DNA של גן – מייצר "רכזת RNA דינמית" באזורי מתג ספציפיים של הגנום.
"יש לך את הענן הזה של RNA בגלל התעתיק הפעיל," אמר שמידט. "ידענו ש-AID אוהב להיקשר ל-RNA. זה סופר, סופר ספציפי. זה נמצא רק באזורי המעבר האלה. ולכן זה כמו משואה נקודתית".
ברגע שהקישור הזה מתרחש, AID יכול למקד את ה-DNA הסמוך כך שהגנום נשבר במיקום הנכון כדי לאפשר רקומבינציה של מתג כיתה.
"אני חושב שהרעיון הזה שמרכז ה-RNA מגייס את ה-AID יהיה דרך מאוד אלגנטית עבור התא לוודא שה-AID הולך רק לאן שהוא אמור להגיע ולא מכוון לדברים אחרים שבהם הוא עלול לגרום נזק", אמר שמידט.
המחקר נתמך על ידי שני מענקים של המכון הלאומי לבריאות: פרס חדשן חדש לשמידט ומענק פרויקט מחקר ליו. הם גם קיבלו לאחרונה הודעה על 2,863,560 דולר נוספים במימון NIH כדי להמשיך בעבודה זו במהלך ארבע השנים הבאות.
נותר לחקור הרבה, ולממצאים הראשוניים יש השלכות מרובות על מחקר נוסף. זה כולל בדיקה מדוע חולים אנושיים מסוימים אינם מצליחים לייצר קבוצות מסוימות של נוגדנים, מדוע החלפת קבוצת נוגדנים נפגעת תורמת לאלרגיות או בעיות אוטואימוניות, וכיצד השפעות מחוץ למטרה של AID יכולות להוביל לגידולים בתאי B.
"יש הרבה דברים שאנחנו עדיין לא מבינים, אבל המחקר שלנו הקים פלטפורמה לניתוח נוסף של מנגנון המיקוד של החלבון החשוב הזה באימונולוגיה וגם בהתפתחות הסרטן", אמר יו. "אז יש לנו עכשיו סט חדש של כלים שלאף אחד לא היה."
