211service.com
Ląstelės detektyvas
Jūsų ląstelės yra mažos plepėjos, kurios negali nieko pasislėpti. Jie pasakoja apie savo kasdienę veiklą, kad visi galėtų išgirsti – kiekvieną skausmą ir skausmą arba ateinančius ir išeinančius. Su ląstelėmis viskas yra paviršiuje.
Hidde Ploegh yra MIT biologijos profesorius ir Whitehead biomedicininių tyrimų instituto narys. (Samo Ogdeno nuotrauka).
Ir tai taip pat geras dalykas, nes imuninė sistema, kaip ir per daug saugus tėvas, turi tiksliai išgirsti, kas vyksta, kad įsitikintų, jog esame saugūs. Ląstelių pageidaujamas ryšio būdas yra rodyti molekulines vėliavėles ant jų membranų. Tokios vėliavėlės leidžia imuninei sistemai žinoti, ar ląstelė buvo užkrėsta virusu, ar ji tapo vėžine. Tačiau kai kurie virusai gali užkimšti ląsteles, todėl imuninė sistema nesuvokia, kas vyksta.
Hidde Ploegh, MIT biologijos profesorius ir Whitehead biomedicininių tyrimų instituto narys, nori sužinoti, kaip jie tai daro. Jo laboratorijoje tyrėjai imasi taktikos, kurią virusai ir bakterijos naudoja ląstelėms nutildyti. Manome, kad atidžiai apžiūrėdami šiuos virusus [ir bakterijas] galime pažvelgti ne tik į jų vengimo funkcijas, bet ir apie sveikos imuninės sistemos veikimą, sako Ploeghas.
Imuninės sistemos ląstelėse yra daugybė žudikų, atminties ir plepių ląstelių, sujungtų sudėtingais ryšio tinklais. Mirtingiausios žmonių ligos, įskaitant tuberkuliozę, ŽIV ir vėžį, labai gerai slepia savo buvimą nuo imuninės sistemos. Kaip jie tai daro, nėra gerai suprantama: tinkluose yra daug vietų, kur liga gali sutrikdyti arba sunaikinti signalą.
Ploeghą ypač domina herpesvirusai – didelė, senovinė virusų šeima, iš kurių aštuoni užkrečia žmones, nes daugelis jų gali sustabdyti komunikacijos procesą jam neprasidėjus, neleisdami pakilti plepių ląstelių vėliavėlėms. Ši šeima sukūrė daugybę gudrybių, kuriomis jie sužlugdo visą šį procesą, sako jis.
Ploeghą ypač žavi herpesvirusai, nes kitaip nei dauguma kitų ligas sukeliančių mikrobų, užkrėsti jus, jie niekada neišnyksta. Pasak jo, šie virusai išmoko ne tik užkrėsti šeimininką ir jame pasislėpti, bet ir kaip iš naujo suaktyvinti latentinę būseną, sukeliančią karščiavimą, žaizdas ir kitus simptomus, kartais po metų ir metų. Virusas išlenda iš slėptuvės prieš imuninę sistemą, kuri jau žino apie savo buvimą, ir vis tiek gali pasirodyti ant viršaus ir būti perduotas kitam šeimininkui. Tai gana puikus strategijų rinkinys.
Visų pirma, Ploegh daug dėmesio skyrė herpeso virusui, vadinamam žmogaus citomegalovirusu (HCMV), kuris yra toks paplitęs, kad 50–80 procentų amerikiečių sulaukia 40 metų. Užsikrėtę žmonės paprastai neturi jokių simptomų, tačiau virusas gali sukelti akių uždegimą. kepenų nepakankamumas ir žmonių, kurių imuninė sistema susilpnėjusi, pvz., AIDS sergančių pacientų, mirtis.
Ploegho tyrimai parodė, kad HCMV yra vienas iš herpesvirusų, kurie gali prisidengti neleisdami užkrėstoms ląstelėms parodyti savo molekulines vėliavėles imuninei sistemai. Visos žmogaus ląstelės, nesvarbu, ar jos yra užkrėstos, ar ne, ant jų paviršių paprastai rodomi nuolat besisukantys viduje gaminamų baltymų mėginiai. Imuninės sistemos ląstelės, žinomos kaip žudikai T limfocitai, cirkuliuoja per kraują ir limfinę sistemą, kad nuskaitytų šiuos mėginius. Jei ląstelėje rodomas baltymo fragmentas, kurio paprastai negamina sveikos ląstelės, pvz., vėžio baltymas ar virusinis baltymas, pro šalį klajojantys T limfocitai žudikai jį aptiks ir ląstelę nužudys. Galite laikyti tai išankstinio įspėjimo sistema, pagal kurią T limfocitai žino, kas vyksta giliai ląstelės viduje, sako Ploeghas. Jei virusas galėtų nuginkluoti tą išankstinio perspėjimo sistemą, jis laikinai būtų nematomas T ląstelėms.
Ploegho grupė išsiaiškino, kad būtent taip veikia HCMV: jis nukreiptas į baltymą, kuris neša kitų baltymų fragmentus iki ląstelės paviršiaus, kad būtų rodomas. Baltymas nešiklis, vadinamas I klasės MHC, veikia kaip ląstelės vėliavnešys. Jis kabo aplink ląstelės vietą, kur gaminami ir sunaikinami baltymai, sugriebdamas bet kokius rastus fragmentus ir iškeldamas juos į ląstelės paviršių. Ploegho laboratorijos tyrėjai išskyrė HCMV genų grupę, kuri sunaikina arba sulaiko MHC.
Šis darbas suteikia imunologams galimybę pažvelgti į herpesvirusų gudrybių maišą ir nušviesti kasdienę normalių žmogaus ląstelių veiklą. Virusas užgrobė tai, kas, mūsų nuomone, yra esminis baltymų kokybės kontrolės būdas, sako Ploeghas. Ląstelės labai atsargiai kopijuoja savo DNR, nes bet kokios klaidos bus perduotos ateities kartoms. Tačiau baltymų gamyba yra apleista, o klaidų lygis yra apie 10 procentų. Ploeghas sako, kad tas šiukšles reikia išvalyti iš kameros; iš tiesų, dalis sintezės proceso taip pat yra netinkamų derinių suskaidymas. Biologai nėra tikri, kaip atpažįstami netinkami baltymai, tačiau kai jie atpažįstami, jiems suteikiamas leidimas patekti į proteasomą, kurią Ploeghas lygina su mėsmale. Išėję iš proteasomos, susmulkinti baltymai, nesvarbu, ar jie būtų virusiniai, ar pačios ląstelės, patenka į skyrių, kuriame laukia MHC, o tada išskuba juos į paviršių, kad T ląstelės apžiūrėtų.
Ploeghas ir jo mokiniai ištyrė du HCMV genus žmogaus ląstelėse ir parodė, kad bet kuris iš jų gali sutrikdyti vėliavėlių nešimo procesą. Užuot dirbę su užkrėstomis ląstelėmis, galite tiesiog įdiegti savo ląstelėje šį vieną geną ir pamatyti visą kelią, sako jis.
Joana Loureiro, Lisabonos universiteto Portugalijoje magistrantė, atliekanti doktorantūros studijas Ploegho laboratorijoje, tiria vieną iš šių genų, vadinamų. US2 (kitas, vadinamas US11 , turi panašų poveikį). Naudodamas techniką, vadinamą impulsų sekimu, Loureiro gali sekti MHC, US2 auka. Pirma, ji užtvindo arba pulsuoja žmogaus ląsteles su radioaktyviai pažymėtais baltymų statybiniais blokais – tiek daug, kad per pulsinį laikotarpį pagamintos MHC daugiausia bus radioaktyvios ir stebimos. Tada ji persekioja pirmąjį statybinių blokų rinkinį su antruoju rinkiniu, kuris nėra pažymėtas. Taigi Loureiro gali sekti baltymų grupę, pagamintą tik per tam tikrą laikotarpį. Tai leidžia jai matyti įvykių laiką: esant virusui US2 baltymų, MHC išsikiša iš įprasto skyriaus ir tada yra sukramtytas ląstelės mėsmalės.
HCMV turi kitų būdų, kaip išjungti MHC, pavyzdžiui, baltymus, kurie tiesiog nuvelka jį kaip inkarą, kad jis nepasiektų ląstelės paviršiaus. Tačiau Ploeghas sako, kad įspūdingiausias viruso išradingumo pavyzdys yra tas, kurį tyrinėja Loureiro, kai virusas paverčia pačios ląstelės kokybės kontrolės mechanizmus prieš save patį. Ploegh laboratorija parodė, kad HCMV gali išjungti MHC per kelias minutes; užkrėsta ląstelė tiesiog neturi laiko išsiųsti įspėjimo imuninei sistemai.
HCMV gali imituoti įprastą baltymų apdorojimo mechanizmą organizmuose nuo mielių iki žmonių. Mielėse, tie patys paprasčiausi grybai, kurių genetinis veikimas labai panašus į mūsų, turi genų, kurie apibrėžia kelius, panašius į naudojamus US2 ir US11 žmogaus ląstelėse. Šis panašumas, sako Ploeghas, rodo ryšį tarp pabėgimo nuo imuninės sistemos [sistemos] aptikimo virusų ir labai paprastų, įprastų būdų. Jis priduria: „Manome, kad keliai, kuriuos naudoja US2 ir US11 yra simbolis, kaip jūsų tipinė žinduolių ląstelė elgiasi su baltymų šiukšlėmis. Tyrinėdamas, kaip vietiniai žmogaus baltymai padeda viruso baltymui sunaikinti MHC, Loureiro tikisi atskleisti, kaip veikia įprastas būdas.
Lisa Kattenhorn, Harvardo medicinos mokyklos absolventė Ploegho laboratorijoje, atrado kitą maskavimo mechanizmą. Kad MHC būtų rodomas ląstelės paviršiuje, viruso baltymai pirmiausia turi praeiti per proteasomos šlifuoklius. Tačiau norint patekti į proteasomą, baltymams reikalingas specialus praėjimas, vadinamas ubikvitinu; be šios kontrolės visi baltymai galėtų patekti į malūnėlį ir ląstelė galiausiai mirtų. Kattenhornas nustatė, kad vienas iš pirmųjų baltymų, patenkančių į ląstelę užsikrėtus herpes virusu, yra fermentas, galintis pašalinti ubikvitiną iš viruso baltymų. Nėra ubikvitino, tai reiškia, kad nėra virusinių baltymų fragmentų, kuriuos galėtų rodyti MHC, todėl infekcija greičiausiai bus nematoma T ląstelėms žudikams. Visi herpesvirusai turi šį fermentą, todėl Kattenhorn tikisi, kad jos darbas gali paskatinti plačiai taikomą gydymą.
Nors Kattenhorn yra virusologė, jos darbas remiasi Ploegho laboratorijos chemikų pagamintais zondais. Howardas Hangas, chemijos mokslų daktaras, dirbantis su Ploegh, šiuos zondus apibūdina kaip masalą baltymams ištraukti, kad būtų galima juos išsamiai ištirti. Kiekvienas zondas turi žvejybinės muselės atitikmenį, kuris vilioja baltymus įkąsti, taip pat valą, kuriuo galima juos paimti. Pavyzdžiui, Kattenhorno zondai naudoja ubikvitiną kaip masalą, kad pritrauktų jį pašalinančius fermentus.
Šie cheminiai zondai gerai veikia tiriant herpesvirusų pažeistas ląstelės dalis, tačiau jie negali būti naudojami gyvose ląstelėse, sako Hang. Zondai yra per dideli, kad galėtų patekti į nepažeistas ląsteles ir išeiti iš jų, todėl prieš tiriant ląsteles reikia susmulkinti. Hang kuria mažesnį, lankstesnį zondą, skirtą tiesioginio vaizdo tyrimams atlikti Salmonella veikiančios bakterijos. Ląstelėse, kurias jis užkrečia, Salmonella kažkaip atbaido proteazes – fermentus, kurie, kaip ir proteasomos, skaido baltymus. Taigi jis neleidžia jo signaliniams baltymams pasiekti ląstelės paviršių ir juos matyti T ląstelėse. Bet Salmonella turi būti nepažeistas ir gyvas, kad įvykdytų šį žygdarbį.
Ploegh naudoja kitų rūšių gyvų ląstelių vaizdavimo metodus, kad ištirtų įvairių imuninės sistemos šakų tarpusavio ryšius. Jis taip pat tiria imuninės sistemos ląsteles, kurios veikia bendresniu lygiu nei T ląstelės žudikai. Užuot reaguoję į tam tikrą padermę E. coli arba 1 tipo herpes simplex virusui, šios ląstelės atpažįsta labai bendrų kategorijų – bakterijų, virusų ar grybelių – grėsmes ir veikia greitai. Vadovėliuose šios dvi imuninės sistemos šakos aiškiai atskiriamos, tačiau realiame gyvenime jos yra glaudžiai susijusios, sako Ploeghas. Jie veikia nuolatiniame spektre.
Infekcijos metu mikrobas bando daugintis, o jo šeimininkas bando jį sunaikinti. Ten prasideda užsitęsęs mūšis, sako Ploeghas. Tyrinėdamas herpesvirusų ir kitų mikrobų karo planus, Ploeghas sako, kad jis ieško ne būdo išgydyti konkrečią ligą, o geriau suprasti, kaip veikia imuninė sistema. Ir tas supratimas geriau paruoš mus kovai su bet kokia liga.