211service.com
Šūnu detektīvs
Jūsu šūnas ir mazas pļāpātājas, kuras nevar paturēt kaut ko pie sevis. Viņi stāsta par savām ikdienas aktivitātēm, lai visi dzirdētu — par katru sāpi un sāpēm vai nākšanu un aiziešanu. Ar šūnām viss ir uz virsmas.
Hidde Ploegs ir MIT bioloģijas profesors un Vaithedas Biomedicīnas pētījumu institūta loceklis. (Sema Ogdena fotogrāfija).
Un tas ir arī labi, jo imūnsistēmai, tāpat kā pārlieku aizsargājošam vecākam, ir precīzi jādzird, kas notiek, lai pārliecinātos, ka esam drošībā. Šūnu vēlamā saziņas metode ir molekulāro karogu parādīšana uz to membrānām. Šādi karodziņi ļauj imūnsistēmai zināt, vai šūna ir inficēta ar vīrusu vai ir kļuvusi par vēzi. Bet daži vīrusi var aizsprostot šūnas tā, ka imūnsistēma nezina, kas notiek.
Hidde Ploegs, MIT bioloģijas profesors un Vaithedas Biomedicīnas pētījumu institūta loceklis, vēlas uzzināt, kā viņi to dara. Viņa laboratorijā pētnieki izpēta taktiku, ko vīrusi un baktērijas izmanto, lai apklusinātu šūnas. Mēs domājam, ka, rūpīgi pārbaudot šos vīrusus [un baktērijas], mēs varam gūt ieskatu ne tikai par to izvairīšanās funkcijām, bet arī par veselīgas imūnsistēmas darbību, saka Ploegs.
Imūnsistēmas šūnās ir daudzu veidu slepkavas, atmiņas un pļāpāšanas šūnas, kas savienotas, izmantojot sarežģītus sakaru tīklus. Nāvējošākās cilvēku slimības, tostarp tuberkuloze, HIV un vēzis, ļoti labi slēpj savu klātbūtni no imūnsistēmas. Tas, kā viņi to dara, nav labi saprotams: tīklos ir daudz vietu, kur slimība var traucēt vai iznīcināt signālu.
Plūgu īpaši interesē herpesvīrusi — liela, sena vīrusu saime, no kurām astoņi inficē cilvēkus, jo daudzi no tiem var apturēt saziņas procesu pirms tā sākuma, novēršot pļāpīgo šūnu karogu pacelšanos. Šī ģimene ir izstrādājusi virkni triku, ar kuriem viņi izjauc visu šo procesu, viņš saka.
Tas, kas Plūgam herpesvīrusos šķiet īpaši aizraujošs, ir tas, ka atšķirībā no vairuma citu slimību izraisošo mikrobu, tiklīdz tie jūs inficē, tie nekad nepazūd. Viņš saka, ka šie vīrusi ir iemācījušies ne tikai to, kā inficēt saimniekorganismu un paslēpties tajā, bet arī to, kā atjaunot savu latento stāvokli, izraisot drudzi, čūlas un citus simptomus dažkārt gadus un gadus vēlāk. Vīruss izkļūst no paslēptuves, saskaroties ar imūnsistēmu, kas jau zina par savu klātbūtni, un tas joprojām var izkļūt virsū un tikt nodots nākamajam saimniekam. Tas ir diezgan ievērojams stratēģiju kopums.
Jo īpaši Ploegh ir koncentrējies uz herpesvīrusu, ko sauc par cilvēka citomegalovīrusu (HCMV), kas ir tik izplatīts, ka 50 līdz 80 procenti amerikāņu to pārņem līdz 40 gadu vecumam. Inficētajiem cilvēkiem parasti nav simptomu, bet vīruss var izraisīt acu iekaisumu. aknu mazspēja un nāve cilvēkiem ar pavājinātu imūnsistēmu, piemēram, AIDS pacientiem.
Ploegh pētījumi ir parādījuši, ka HCMV ir viens no herpesvīrusiem, kas var maskēties, neļaujot inficētajām šūnām parādīt savus molekulāros karogus imūnsistēmai. Uz visām cilvēka šūnām, neatkarīgi no tā, vai tās ir inficētas vai ne, parasti uz to virsmām ir pastāvīgi rotējoši iekšā ražoto proteīnu paraugi. Imūnsistēmas šūnas, kas pazīstamas kā killer T limfocīti, cirkulē pa asinīm un limfātisko sistēmu, lai nolasītu šos paraugus. Ja šūna parāda proteīna fragmentu, ko parasti neražo veselas šūnas, piemēram, vēža proteīns vai vīrusa proteīns, slepkavas T limfocīti, kas klīst, to atklās un nogalinās šūnu. Jūs varētu uzskatīt to par agrīnās brīdināšanas sistēmu, ar kuras palīdzību T limfocīti zina, kas notiek dziļi šūnas iekšienē, saka Ploegs. Ja vīruss varētu atbruņot šo agrīnās brīdināšanas sistēmu, tas uz laiku būtu neredzams T šūnu iznīcināšanai.
Ploegha grupa atklāja, ka tieši tā darbojas HCMV: tas ir vērsts uz proteīnu, kas pārnēsā citu proteīnu fragmentus līdz šūnas virsmai, lai to parādītu. Nesējproteīns, ko sauc par MHC I klasi, darbojas kā šūnas karoga nesējs. Tas karājas ap vietu šūnā, kur tiek ražoti un iznīcināti proteīni, satverot visus atrastos fragmentus un paceļot tos uz šūnas virsmu. Pētnieki Ploegh laboratorijā ir izolējuši HCMV gēnu kopu, kas iznīcina vai aiztur MHC.
Šis darbs sniedz imunologiem ieskatu herpesvīrusu triku maisā un izgaismo normālu cilvēka šūnu ikdienas aktivitātes. Vīruss ir nolaupījis to, ko mēs tagad uzskatām, ir būtisks proteīnu kvalitātes kontroles ceļš, saka Ploegs. Šūnas ir ļoti piesardzīgas, kopējot savu DNS, jo visas kļūdas tiks nodotas nākamajām paaudzēm. Bet olbaltumvielu ražošana ir aplieta, un kļūdu līmenis ir aptuveni 10 procenti. Šie atkritumi ir jāiztīra no kameras, Ploegh saka; patiešām, daļa no sintēzes procesa ir arī neatbilstību sadalīšana. Biologi nav pārliecināti, kā tiek atpazītas neatbilstošas olbaltumvielas, taču, tiklīdz tās tiek atklātas, viņiem tiek dota atļauja iekļūt proteasomā, ko Ploegs salīdzina ar gaļas mašīnā. Pēc iziešanas no proteasomas, sasmalcinātas olbaltumvielas, neatkarīgi no tā, vai tās ir vīrusu vai pašas šūnas, nonāk nodalījumā, kur gaida MHC, un pēc tam tas steidz tos uz virsmu pārbaudīt T šūnām.
Ploegh un viņa studenti pētīja divus HCMV gēnus cilvēka šūnās un parādīja, ka katrs no tiem var traucēt karoga nešanas procesu. Viņš saka, ka tā vietā, lai strādātu ar inficētām šūnām, jūs varat vienkārši instalēt savā šūnā šo vienu gēnu un redzēt visu ceļu.
Joana Loureiro, Lisabonas Universitātes Portugālē absolvente, kura veic doktorantūras pētījumus Ploega laboratorijā, pēta vienu no šiem gēniem, t.s. US2 (otrs, saukts US11 , ir līdzīga ietekme). Izmantojot paņēmienu, ko sauc par impulsa vajāšanu, Loureiro var izsekot MHC, US2 upuris. Pirmkārt, viņa pārpludina vai pulsē cilvēka šūnas ar radioaktīvi iezīmētiem proteīnu celtniecības blokiem — tik daudziem, ka pulsa periodā izveidotie MHC pārsvarā būs radioaktīvi un izsekojami. Pēc tam viņa dzenā pirmo bloku komplektu ar otru komplektu, kuram nav etiķetes. Tādējādi Loureiro var izsekot olbaltumvielu grupai, kas ražota tikai noteiktā laika posmā. Tas viņai ļauj redzēt notikumu laiku: vīrusa klātbūtnē US2 olbaltumvielas, MHC izceļas no ierastā nodalījuma un pēc tam to sakošļā šūnas gaļas mašīnā.
HCMV ir citi veidi, kā atspējot MHC, piemēram, proteīni, kas vienkārši velk to uz leju kā enkuru, lai tas nevarētu sasniegt šūnas virsmu. Taču Ploegs saka, ka visievērojamākais vīrusa atjautības piemērs ir tas, ko pēta Loureiro, kurā vīruss vērš pašas šūnas kvalitātes kontroles mehānismus pret sevi. Ploegh laboratorija ir parādījusi, ka HCMV var atspējot MHC burtiski dažu minūšu laikā; inficētajai šūnai vienkārši nav laika nosūtīt brīdinājumu imūnsistēmai.
HCMV var atdarināt normālu olbaltumvielu apstrādes mehānismu organismos no rauga līdz cilvēkiem. Raugi, tās vienkāršākās sēnes, kuru ģenētiskā darbība ir izrādījusies ļoti līdzīga mums, satur gēnus, kas nosaka ceļus, kas līdzīgi tiem, kurus izmanto US2 un US11 cilvēka šūnās. Šī līdzība, pēc Ploega teiktā, liecina par saikni, ko var izveidot starp vīrusu izbēgšanu no imūnsistēmas [sistēmas] noteikšanas un ļoti vienkāršiem, normāliem ceļiem. Viņš piebilst: Mēs domājam, ka ceļi, ko izmanto US2 un US11 ir simbolisks tam, kā jūsu tipiskā zīdītāju šūna tiek galā ar olbaltumvielu atkritumiem. Pētot, kā dabiskās cilvēka olbaltumvielas palīdz vīrusa olbaltumvielām iznīcināt MHC, Loureiro cer atklāt, kā darbojas parastais ceļš.
Liza Kattenhorna, Hārvardas Medicīnas skolas absolvente Ploeghas laboratorijā, atklāja citu maskēšanas mehānismu. Lai MHC tos parādītu uz šūnas virsmas, vīrusu proteīniem vispirms ir jāiziet cauri proteasomas dzirnaviņām. Bet, lai iekļūtu proteasomā, olbaltumvielām ir nepieciešama īpaša caurlaide, ko sauc par ubikvitīnu; bez šīs kontroles jebkurš proteīns varētu nonākt dzirnaviņās, un šūna galu galā nomirtu. Kattenhorns atklāja, ka viens no pirmajiem proteīniem, kas iekļūst šūnā herpesvīrusa infekcijas laikā, ir enzīms, kas var noņemt ubikvitīnu no vīrusu proteīniem. Nav ubikvitīna, tas nozīmē, ka nav vīrusu proteīna fragmentu, lai MHC varētu parādīties, tāpēc infekcija, visticamāk, būs neredzama slepkavām T šūnām. Visiem herpesvīrusiem ir šis enzīms, tāpēc Kattenhorna cer, ka viņas darbs varētu novest pie plaši piemērojamas terapijas.
Lai gan Kattenhorna ir virusoloģe, viņas darbs balstās uz zondēm, kuras izgatavojuši ķīmiķi Ploega laboratorijā. Hovards Hangs, ķīmijas postdoktors, kas strādā ar Ploegu, apraksta šīs zondes kā ēsmu olbaltumvielu izvilkšanai, lai tās varētu detalizēti izpētīt. Katrai zondei ir līdzvērtīga makšķerēšanas muša, kas vilina olbaltumvielas iekost, kā arī aukla, ar kuru tos var iegūt. Piemēram, Kattenhorna zondes izmanto ubikvitīnu kā ēsmu, lai piesaistītu fermentus, kas to noņem.
Šīs ķīmiskās zondes labi darbojas, pētot herpesvīrusu bojātās šūnas daļas, taču tās nevar izmantot dzīvās šūnās, saka Hang. Zondes ir pārāk lielas, lai iekļūtu un izietu no neskartām šūnām, tāpēc šūnas pirms to pārbaudes ir jāsasmalcina. Hang izstrādā mazāku, elastīgāku zondi, lai veiktu tiešās attēlveidošanas pētījumus Salmonella baktērijas darbībā. Šūnās, kuras tas inficē, Salmonella kaut kā atvairās no proteāzes, fermentiem, kas, tāpat kā proteasomas, sadala olbaltumvielas. Tādējādi tas neļauj tā indikatoriem proteīniem sasniegt šūnu virsmu un tos redzēt T šūnās. Bet Salmonella ir jābūt neskartam un dzīvam, lai paveiktu šo varoņdarbu.
Ploegh izmanto cita veida dzīvu šūnu attēlveidošanas metodes, lai pētītu dažādu imūnsistēmas atzaru savstarpējos savienojumus. Viņš arī pēta imūnsistēmas šūnas, kas darbojas vispārīgākā līmenī nekā killer T šūnas. Tā vietā, lai reaģētu uz noteiktu celmu E. coli vai 1. tipa herpes simplex vīrusa gadījumā šīs šūnas atpazīst draudus ļoti vispārīgās kategorijās — baktērijas, vīrusi vai sēnītes — un darbojas ātri. Mācību grāmatās ir izteiktas atšķirības starp šiem diviem imūnsistēmas atzariem, taču reālajā dzīvē tie ir cieši saistīti, saka Ploegs. Tie darbojas nepārtrauktā spektrā.
Infekcijas laikā mikrobs mēģina vairoties, un tā saimnieks mēģina to iznīcināt. Šeit jums ir ieilgušas kaujas sākums, saka Ploegs. Pētot herpesvīrusu un citu mikrobu kara plānus, Ploegs saka, ka viņš meklē nevis veidu, kā izārstēt konkrētu slimību, bet gan labāku izpratni par to, kā darbojas imūnsistēma. Un šī izpratne mūs labāk sagatavos cīņai pret jebkuru slimību.