חוקרים גילו ששרשרת J, מרכיב מרכזי במערכת החיסון שמייצבת נוגדנים מסוימים, הגיעה במקור ממשפחת הגנים הכימוקינים CXCL. ממצא זה שופך אור על ההסתגלות האבולוציונית של מערכת החיסון ויש לו השלכות אפשריות לפיתוח טיפולים חיסוניים מותאמים אישית. קרדיט: twoday.co.il.com
נראה שמערכת החיסון האנושית שיתפה באופן אבולוציוני מולקולה מתהליך ביולוגי אחר.
חוקרים גילו שחלבון בשם שרשרת J, שעוזר לתפקוד תקין של מערכת החיסון, הגיע במקור ממשפחה אחרת של גנים המכונה כימוקינים CXCL. ממצאיהם, שפורסמו ב-Proceedings of the National Academy of Sciences, עוזרים לנו להבין טוב יותר כיצד פועלת מערכת החיסון ויכולים להוביל לדרכים חדשות לטיפול במחלות.
אבולוציה והסתגלות בחלבונים חיסוניים
בכמה דרכים, מערכות ביולוגיות יכולות להתנהג כאחים, כולל על ידי השאלת משהו ולעולם לא להחזיר אותו. נראה שזה מה שעשתה מערכת החיסון האנושית עם חלבון שעוזר כעת לקשור ולווסת את תת-היחידות המרכיבות את הנוגדנים, על פי שיתוף פעולה מחקרי רב-מוסדי. הם גילו שלפני שמערכת החיסון שיתפה אותו מבחינה אבולוציונית, החלבון היה שייך במקור למשפחת הגנים האחראית לכוון תאים לעבור למקום הנכון בזמן הנכון כדי לתת מענה לצרכים תפקודיים ספציפיים.
החוקרים, כולל קזוהיקו קוואסאקי, פרופסור מחקר חבר לאנתרופולוגיה בפן סטייט, פרסמו את ממצאיהם ב- הליכים של האקדמיה הלאומית למדעים. לדברי הצוות, בעוד שעבודה זו מעניקה בעיקר הבנה בסיסית של תכונה אחת של מערכת החיסון והגנים הקשורים, היא עשויה גם לסייע בפתיחת מסלולי תכנון טיפולים עתידיים, כגון תגובות חיסוניות מותאמות אישית.
גילוי המקורות של שרשרת J
"הכל מגיע מאיפשהו, ואנו מאמינים שמצאנו את המקור של שרשרת הצטרפות אימונוגלובין (שרשרת J), מולקולה חיסונית חשובה", אמר המחבר המקביל מרטין פ. פלאג'ניק, המחלקה למיקרוביולוגיה ואימונולוגיה, אוניברסיטת מרילנד, שהוביל את המחקר. . פלאג'ניק גם קיבל את התואר הראשון שלו בביולוגיה מפן סטייט ב-1978 לפני שהשלים את התואר השני שלו באוניברסיטת רוצ'סטר.
שרשרת J מרכיבה ומייצבת שני סוגים של נוגדנים, הנקראים אימונוגלובין M (IgM) ואימונוגלובין A (IgA). הוא מווסת באופן ספציפי את המבנים של מולקולות IgM ו-IgA, שיש להן מספר יחידות משנה, ונדרש לתנועתן על פני הרקמה המייצרת ריר המצפות את מבני הגוף בחשיפה חיצונית, כמו המעי, חלל האף והריאות. החוקרים מצאו ששרשרת ה-J מקורה ב-CXCL הכימוקינים, משפחה ספציפית של חלבונים המווסתת את יכולת תאי הדם הלבנים לנוע בכל הגוף.
אבולוציה גנטית ומסתורין של J Chain
"כמו האימונוגלובין עצמו וחסינות אדפטיבית דמוית אדם, שרשרת ה-J הופיעה בלסת בעלי חוליות, אבל מקורו נותר מסתורי מאז גילויו לפני למעלה מ-50 שנה", אמר פלאג'ניק. "ממצא זה מעולם לא היה צפוי. תנועה מונעת כימוקין היא פונקציה חיונית של מערכת החיסון, אך פונקציה שונה לחלוטין בהשוואה לשרשרת J!"
מבחינה אבולוציונית, גנים חדשים נוצרים לעתים קרובות מגנים השוכנים פיזית קרובים זה לזה על הכרומוזום, והגנים האלה בדרך כלל נשארים מקובצים יחד גם כשהם מפתחים פונקציות שונות אך דומות, אבל קוואסאקי אמר שהמיקום אינו הגורם הקובע היחיד לקביעת המקור.
חקירת דמיון גנים וכיווני מחקר עתידיים
"הקשר האבולוציוני של גנים יכול להתגלות בדרך כלל כאשר שני גנים שומרים על רצפי נוקלאוטידים דומים או אמינו מקודד חוּמצָה רצפים," אמר קוואסאקי, בהתייחסו לחומרים הכוללים את הקוד הגנטי של האורגניזם. "אבל מחקרים קודמים לא יכלו לזהות גנים שמראים דמיון ברצף לגן שרשרת J, כנראה בגלל שרצף הגנים של שרשרת J השתנה במהירות במקורו."
פלאג'ניק אמר שיש לו תחושה ששרשרת J קשורה לקבוצה של גנים מפרישי סידן קושרי פוספופרוטאינים (SCPP) בשל המטענים והרמות הדומות שלהם של פרולין, חומצת אמינו. הוא ידע שקוואסאקי הוא מומחה לגנים של SCPP, אז הוא שלח לו אימייל כדי להעריך את הרעיון.
"הוא אמר לי שמסיבות טובות שונות, ה-SCPPs ורשת J לא קשורים", אמר פלאיניק. "זה היה עצוב, מכיוון שזו הייתה ההשערה האהובה עליי."
שרשרת הצטרפות חולקת שלושה מאפיינים עם הגנים הכימוקינים של CXCL, כולל אותו מספר של אקסונים, המקודדים לחלבון, ושלבים של אינטרונים, הפועלים כמפריעים לעצירה או התחלת שחבור של מולקולות ה-RNA המתועתקות מהגן. האקסון השני מקודד לאותו רצף, הידוע בתור הטריפפטיד הקלאסי Cysteine-X-Cysteine, עבור שני הגנים. גם האורכים של שלושה מהאקסונים דומים. קרדיט: מרטין פ. פלאג'ניק וקזוהיקו קוואסאקי
עם זאת, קוואסאקי שם לב שגנים בצד הנגדי של הגן של שרשרת J, הרחק מהגנים של SCPP, אכן נראו קשורים לשרשרת J. אלה היו הגנים הכימוקינים של CXCL.
"בדקתי מיד את הגנים הכימוקינים של CXCL וגיליתי שלמרות שהגנים האלה אינם מראים קווי דמיון לגנים של שרשרת J, הגנים האלה וגן שרשרת J דומים זה לזה עם מאפיינים שונים אחרים," אמר קוואסאקי.
מאפיינים אלה כוללים את אותו מספר של אקסונים, המקודדים את החלבון, ושלבים של אינטרונים, הפועלים כמפריעים לעצירה או התחלת שחבור של RNA מולקולות שתעתוק מהגן. האקסון השני מקודד לאותו רצף, הידוע בתור הטריפפטיד הקלאסי Cysteine-X-Cysteine, עבור שני הגנים. גם האורכים של שלושה מהאקסונים דומים.
"אף גן אחר המקודד להפרשת האדם, המקיף את כל החלבונים שיכולים להיות מופרשים על ידי תאים של אורגניזם, אינו חולק את כל שלושת המאפיינים", אמר קוואסאקי.
הקשרים בין מולקולות הציסטאין המקודדות על ידי האקסון השני בכל גן שונים לחלוטין זה מזה, אמרו החוקרים.
"משמעות הדבר היא שכמוקין יכול לשנות את המבנה שלו, במידה רבה, ולקחת על עצמו תפקיד חדש", אמר פלאג'ניק.
לאחר מכן, החוקרים אמרו שהם מתכננים לחקור אם הכימוקינים קיבלו תפקידים אחרים, במיוחד במערכת החיסון. הם גם רוצים ללמוד אם הכימוקינים גמישים במבנה שלהם, מה שיכול להצביע על היכולת לקבל על עצמו מבנה משני חדש לגמרי, להסתגל בתגובה לצרכים ביולוגיים שונים כנדרש.
"אני בסביבה הרבה זמן, במשך 44 שנים במדע, אבל החוויה הזו הייתה אחת המספקות והמאושרות ביותר", אמר פלאיניק. "אני בספק אם הדמיון הזה היה מתגלה במשך זמן רב ללא האינטראקציה המהממת בין קזוהיקו לביני."
מחברים אחרים כוללים את יוקו אוטה, עוזר פרופסור למיקרוביולוגיה ואימונולוגיה באוניברסיטת מרילנד, וקייטלין ד. קסטרו, עמיתת מחקר במחלקה לביוכימיה וביולוגיה מולקולרית ב- אוניברסיטת שיקגו.
ה המכונים הלאומיים לבריאות תמכה במחקר הזה.
