معلومة

كيف يمكن للخلايا أن تنتج أجسامًا مضادة على الرغم من آليات التحقق من الأخطاء في جينوماتها؟

كيف يمكن للخلايا أن تنتج أجسامًا مضادة على الرغم من آليات التحقق من الأخطاء في جينوماتها؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

كيف يمكن للخلايا المناعية أن تنتج العديد من الأنواع المختلفة من الأجسام المضادة مع مناطق مختلفة متغيرة إذا كان هناك العديد من الآليات داخل الخلايا التي تحاول الحفاظ على تسلسل الحمض النووي ثابتًا قدر الإمكان (أي منع الطفرات ، والتي هي في الواقع ضرورية لإنشاء أنواع مختلفة من الأجسام المضادة)؟


تزيد طفرة D614G في SARS-CoV-2 Spike من انتقال أنواع متعددة من الخلايا البشرية

في الآونة الأخيرة ، ظهرت عزلة جديدة لفيروس SARS-CoV-2 تحمل طفرة نقطية في بروتين سبايك (D614G) وتجاوزت بسرعة غيرها في الانتشار ، بما في ذلك عزل SARS-CoV-2 الأصلي من ووهان ، الصين. يعد متغير Spike هذا سمة مميزة للفرع الأكثر انتشارًا (A2a) لجينومات SARS-CoV-2 في جميع أنحاء العالم. باستخدام البيانات التطورية ، اقترحت عدة مجموعات أن متغير D614G قد يضفي مزيدًا من القابلية للانتقال مما يؤدي إلى الاختيار الإيجابي ، بينما ادعى آخرون أن الأدلة المتاحة حاليًا لا تدعم الاختيار الإيجابي. علاوة على ذلك ، في كليد A2a ، تكون هذه الطفرة في اختلال التوازن مع متغير بروتين ORF1b (P314L) ، مما يجعل من الصعب تمييز الأهمية الوظيفية لطفرة Spike D614G من الجينات السكانية وحدها.

هنا ، نقوم بإجراء الطفرات الموجهة بالموقع على بروتين سبايك مُحسَّن من قِبل الكودون البشري لإدخال متغير D614G وإنتاج جزيئات الفيروسة البطيئة ذات النمط الكاذب SARS-CoV-2 (S-Virus) باستخدام هذا المتغير ومع D614 Spike. لقد أظهرنا أنه في خطوط خلوية متعددة ، بما في ذلك الخلايا الظهارية للرئة البشرية ، فإن S-Virus الذي يحمل طفرة D614G يكون أكثر فاعلية بمقدار 8 أضعاف في تحويل الخلايا من النوع S-Virus البري. يوفر هذا دليلًا وظيفيًا على أن طفرة D614G في بروتين سبايك تزيد من انتقال الخلايا البشرية. علاوة على ذلك ، نظهر أن متغير G614 أكثر مقاومة للانقسام في المختبر وفي الخلايا البشرية ، مما قد يشير إلى آلية محتملة لزيادة التنبيغ. بالنظر إلى أن العديد من اللقاحات قيد التطوير وفي التجارب السريرية تستند إلى تسلسل Spike الأولي (D614) ، فإن هذه النتيجة لها آثار مهمة على فعالية هذه اللقاحات في الحماية من عزل SARS-CoV-2 الحديث والمنتشر بشكل كبير.

في الآونة الأخيرة ، ظهرت عزلة جديدة لفيروس SARS-CoV-2 تحمل طفرة نقطية في بروتين سبايك (D614G) وتجاوزت بسرعة غيرها في الانتشار ، بما في ذلك عزل SARS-CoV-2 الأصلي من ووهان ، الصين. هذا المتغير Spike هو سمة مميزة للفرع الأكثر انتشارًا (A2a) لجينومات SARS-CoV-2 في جميع أنحاء العالم 1،2. باستخدام البيانات التطورية ، اقترحت عدة مجموعات أن متغير D614G قد يضفي مزيدًا من القابلية للانتقال مما يؤدي إلى الاختيار الإيجابي 1،3 ، بينما ادعى آخرون أن الأدلة المتاحة حاليًا لا تدعم الاختيار الإيجابي 4. علاوة على ذلك ، في كليد A2a ، تكون هذه الطفرة في حالة اختلال التوازن مع متغير بروتين ORF1b (P314L) 1 ، مما يجعل من الصعب تمييز الأهمية الوظيفية لطفرة Spike D614G من الجينات السكانية وحدها.

هنا ، نقوم بإجراء الطفرات الموجهة بالموقع على بروتين سبايك مُحسَّن من قِبل الكودون البشري لتقديم المتغير D614G 5 وإنتاج جزيئات الفيروسة البطيئة ذات النمط الكاذب SARS-CoV-2 (S-Virus) مع هذا المتغير ومع D614 Spike. لقد أظهرنا أنه في خطوط خلوية متعددة ، بما في ذلك الخلايا الظهارية للرئة البشرية ، فإن S-Virus الذي يحمل طفرة D614G يكون أكثر فاعلية بمقدار 8 أضعاف في تحويل الخلايا من النوع S-Virus البري. يوفر هذا دليلًا وظيفيًا على أن طفرة D614G في بروتين سبايك تزيد من انتقال الخلايا البشرية. علاوة على ذلك نظهر أن البديل G614 أكثر مقاومة للانقسام في المختبر وفي الخلايا البشرية ، مما قد يشير إلى آلية محتملة لزيادة التنبيغ. بالنظر إلى أن العديد من اللقاحات قيد التطوير وفي التجارب السريرية تستند إلى تسلسل Spike الأولي (D614) 6،7 ، فإن هذه النتيجة لها آثار مهمة على فعالية هذه اللقاحات في الحماية من عزل SARS-CoV-2 الحديث والشديد الانتشار. .

احتوت العزلة الأولى المتسلسلة لـ SARS-CoV-2 (GenBank accession MN908947.3) ومعظم التسلسلات الفيروسية المكتسبة في يناير وفبراير 2020 على حمض الأسبارتيك في الموضع 614 من بروتين سبايك (الشكل 1 أ). بدءًا من فبراير 2020 ، تم تحديد عدد متزايد من عزلات SARS-CoV-2 مع الجلايسين في الموضع 614 من بروتين سبايك. وجدنا أن 72٪ من 22103 جينومات SARS-CoV-2 التي قمنا بمسحها من مستودع GISAID العام في أوائل يونيو 2020 تحتوي على متغير G614 8. سابقًا ، أبلغ كاردوزو وزملاؤه عن وجود علاقة بين انتشار متغير G614 ومعدل إماتة الحالات في المواقع الفردية باستخدام الجينوم الفيروسي المتاح حتى أوائل أبريل 2020 9. باستخدام مجموعة بيانات أكبر بمقدار 10 أضعاف ، وجدنا ارتباطًا إيجابيًا أصغر ولكنه مهم بين انتشار G614 في بلد ما مع معدل إماتة الحالات (ص = 0.29, ص = 0.04) (الشكل 1 ب). كان هناك إجماع ضئيل على الوظيفة المحتملة لهذه الطفرة وما إذا كان انتشارها قد يكون أو لا يرجع إلى تأثير المؤسس 1.4. في الآونة الأخيرة ، وجدت مجموعتان منفصلتان في جامعة شيفيلد وجامعة واشنطن أنه في مرضى COVID-19 هناك زيادة بمقدار 3 أضعاف في الحمض النووي الريبي الفيروسي أثناء الاختبار الكمي القائم على PCR لهؤلاء المرضى الذين يعانون من متغير G614 3 ، 10 (الشكل 1 ج ، د). على الرغم من وجود اختلاف ثابت في تضخيم qPCR بين المواقع (∼5 درجة مئويةر) يحتمل أن يكون بسبب إجراءات أخذ العينات المختلفة ، أو طرق استخراج الحمض النووي الريبي ، أو كواشف qRT-PCR أو إعدادات دورة العتبة (الشكل 1 ج) ، الفرق في التضخيم (Cر) بين المتغيرات G614 و D614 متسقة بشكل ملحوظ (1.6 درجة مئويةر لشيفيلد ، 1.8 درجة مئويةر لواشنطن) ، مما يشير إلى أن هذا قد يكون بسبب اختلاف بيولوجي بين مرضى COVID-19 الذين لديهم متغيرات Spike محددة (الشكل 1 د).

(أ) انتشار جينومات SARS-CoV-2 المحتوية على D614G بمرور الوقت. تم إنتاج هذا التصور بواسطة أداة الويب Nextstrain باستخدام جينومات GISAID (ن = 3866 عينة جينوم من يناير 2020 إلى مايو 2020). (ب) الارتباط لكل بلد لانتشار G614 مقابل معدل إماتة الحالات (ن = 56 دولة و 22103 جينوم). (ج) دورة العتبة للكشف عن تفاعل البلمرة المتسلسل الكمي (qPCR) عن COVID-19 من المرضى الذين يعانون من D614 و G614 Spike. تشير الأرقام الموجودة بين قوسين إلى عدد مرضى COVID-19 في كل مجموعة ، ويستخدم اختبار الأهمية اختبار مجموع رتبة ويلكوكسون. تم تقديم بيانات شيفيلد هذه في الأصل في Korber et al. (2020). تم تقديم بيانات جامعة واشنطن في الأصل في Wagner et al. (2020). (د) تغيير أضعاف في الزيادة في الحمض النووي الريبي الفيروسي الموجود في عينات مرضى COVID-19 باستخدام G614 Spike مقارنةً بتلك الموجودة في D614 Spike.

بالنظر إلى هذه النتائج ، تساءلنا عما إذا كان البديل G614 قد يمنح بعض الاختلاف الوظيفي الذي يؤثر على انتقال الفيروس أو شدة المرض. للإجابة على هذا السؤال ، استخدمنا نظامًا خافتًا للنمط البطيء مشابهًا لتلك التي تم تطويرها سابقًا لـ SARS-CoV-1 11. باستخدام الطفرات الموجهة من الموقع وتسلسل ترميز SARS-CoV-2 spike المحسّن من قبل الإنسان 5 ، قمنا ببناء فيروسات بطيئة معبرة عن EGFP مع عدم وجود بروتين من النمط الكاذب أو نمط كاذب باستخدام D614 Spike أو G614 Spike (الشكل 2 أ). بعد إنتاج وتنقية هذه الجسيمات الفيروسية ذات الشكل الكاذب ("الفيروس S") ، قمنا بنقل خطوط الخلايا البشرية المشتقة من الرئة والكبد والقولون. لاحظ آخرون زيادة نقل الفيروس S في الخلايا التي تفرط في التعبير عن مستقبل الإنزيم المحول للأنجيوتنسين 2 (ACE2) 11،12 ووجدنا أيضًا أن S-virus أكثر كفاءة في نقل خطوط الخلايا البشرية عندما يكون مستقبل ACE2 البشري مفرطًا في التعبير (الشكل التكميلي 1). بالنظر إلى هذا ، بالنسبة لاثنين من خطوط الخلايا البشرية (A549 الرئة و Huh7.5 الكبد) ، قمنا بإفراط في التعبير عن مستقبلات ACE2 لتعزيز النقل الفيروسي.

(أ) رسم تخطيطي لـ EGFP lentivirus pseudotyped مع بروتينات SARS-CoV-2 Spike (أو بدون نمط كاذب) وقراءة مضان EGFP عن طريق قياس التدفق الخلوي. (ب) قياس التدفق الخلوي لخلايا A549-ACE2 في 3 أيام بعد التحويل مع 30 أو 100 uL SARS-CoV-2 spike pseudotyped lentivirus. (ج) النسبة المئوية لخلايا EGFP + في 3 أيام بعد التنبيغ مع الحجم المحدد للفيروس والنمط الكاذب في خلايا الكبد البشري Huh7.5-ACE2 وخلايا الرئة A549-ACE2 وخلايا القولون Caco-2 (ن = 3 مكررات ، أشرطة الخطأ هي sem). (د) الحد الأقصى لتغيير أضعاف في النقل الفيروسي في كل سطر خلية من G614 Spike مقارنةً بـ D614 Spike (أشرطة الخطأ هي sem sem).

بعد توصيل 4 أحجام فيروسية مختلفة ، انتظرنا 3 أيام ثم أجرينا قياس التدفق الخلوي لقياس تعبير GFP (الشكل 2 ب). وجدنا في جميع خطوط الخلايا البشرية الثلاث في جميع الجرعات الفيروسية أن G614 S-Virus نتج عنه عدد أكبر من الخلايا المنقولة مقارنة بـ D614 S-virus (الشكل 2 ج). نتج عن الفيروس البطيء غير المصنف نقلًا ضئيلًا (الشكل 2 ج). مع متغير G614 Spike ، كانت الزيادة القصوى في النقل الفيروسي على متغير D614 2.4 ضعفًا لـ Caco-2 القولون ، و 4.6 ضعفًا للرئة A549-ACE2 ، و 7.7 ضعفًا للكبد Huh7.5-ACE2 (الشكل 2 د). للتحكم في أي اختلافات محتملة في العيار الفيروسي ، قمنا أيضًا بقياس محتوى الحمض النووي الريبي الفيروسي بواسطة qPCR. لاحظنا فقط اختلافًا بسيطًا بين فيروسات النمط الكاذب D614 و G614 باستخدام مجموعتين من مجموعات التمهيدي المستقلة (متوسط ​​عيار فيروسي أعلى بنسبة 7 ٪ لـ D614) ، مما قد يؤدي إلى تقليل طفيف في تقدير الزيادة في فعالية نقل فيروس النمط الكاذب G614 (الشكل التكميلي 2).

سعينا بعد ذلك إلى فهم الآلية التي من خلالها يزيد المتغير G614 من انتقال الفيروس للخلايا البشرية. مثل SARS-CoV-1 ، يحتوي بروتين SARS-CoV-2 Spike على مجال ربط للمستقبلات وأيضًا بولي ببتيد اندماج مسعور يستخدم بعد ربط المستقبل (مثل ACE2) لدمج أغشية الخلايا الفيروسية والمضيفة 13 (الشكل 3 أ). من أجل دخول SARS-CoV-2 إلى الخلايا ، يجب شق بروتين سبايك في موقعين بواسطة البروتياز المضيف. يُعتقد أنه يجب أولاً شق Spike في شظايا S1 و S2 ، مما يعرض موقع انقسام آخر 14،15. يُعتقد أن حدث الانقسام الثاني (إنشاء جزء S2) يتيح اندماج الغشاء مع الخلية المضيفة. قمنا بنقل كل من متغيرات D614 و G614 Spike إلى خلايا HEK293FT البشرية لمعرفة ما إذا كان انقسام Spike قد يختلف بين هذه المتغيرات. تم وضع علامة على كلا البناءين في C-termini بعلامة C9 لتصور أجزاء كاملة الطول و S2 و S2 عبر لطخة غربية (الشكل 3 ب). لقياس الانقسام ، قمنا بتحديد نسبة Spike المشقوق (S2 + S2 ') إلى الطول الكامل Spike (الشكل 3 ج). وجدنا أن متغير G614 أكثر مقاومة للانقسام في الخلية المضيفة بمقدار 2.5 ضعفًا من متغير D614 (التين. 3d). يشير هذا إلى أن الانتقال المتزايد بمقدار 2.4 إلى 7.7 ضعف الذي لوحظ مع G614 S-virus (الشكل 2 د) بسبب الثبات الفائق والمقاومة لانقسام متغير G614 أثناء إنتاج بروتين سبايك وتجميع القفيصة الفيروسية في الخلايا المضيفة / المنتجة.

(أ) رسم تخطيطي لهيكل بروتين SARS-CoV-2 Spike مع علامة تقارب C9 المضافة على الطرف C. يشار أيضًا إلى شظايا انشقاق سبايك S1 و S2 و S2. (ب) لطخة غربية من محللة البروتين الكلي من خلايا HEK293FT بعد تعداء مع D614 Spike أو G614 Spike أو تعداء وهمية. (علوي) الكشف عن شظايا سبايك وشظايا كاملة الطول باستخدام جسم مضاد لـ C9 (رودوبسين). (أدنى) الكشف عن GAPDH عن طريق الجسم المضاد لـ GAPDH. (ج) جزء من الأجزاء المشقوقة (S2 + S2 ') إلى الأجزاء غير المشقوقة (كاملة الطول) لسبايك D614 و G614 (ن = 4 مكررات ، أشرطة الخطأ هي sem). (د) تغيير الطي في الانقسام بين متغيرات سبايك (D614 / G614) (ن = 4 مكررات ، أشرطة الخطأ هي sem).

أظهر العمل السابق أن الانقسام من قبل فيورين البروتياز المضيف في موقع Spike S1 / S2 في SARS-CoV-2 ضروري لانصهار الخلايا الخلوية والدخول الفيروسي 14. لاختبار الاختلافات في الانقسام بوساطة الفورين ، أجرينا في المختبر هضم كلا متغيري سبايك بعد السحب لأسفل. قمنا بترسيب بروتين D614 و G614 Spike من محلولات خلايا HEK293FT ثم أجرينا عملية الهضم على الخرزة باستخدام تركيزات مختلفة من بروتياز الفورين المنقى. على مدى مجموعة من تركيزات الفورين ، وجدنا أن متغير G614 كان أكثر مقاومة للانقسام من متغير D614 (الشكل التكميلي 3). الأهم من ذلك ، أنه لا يزال من الممكن دمج شظايا S2 و S2 المشقوقة في فيريونات جديدة نظرًا لاحتوائها على مجال الغشاء الطرفي C المطلوب ، ومع ذلك ، لا يمكنها ربط المستقبل وظيفيًا بسبب عدم وجود مجال ربط مستقبلات N-terminal (الشكل 3 أ). وبالتالي ، فإن الجزء الأكبر من G614 Spike غير المكسور قد يسمح لكل فيريون تم تجميعه حديثًا بتضمين المزيد من بروتين سبايك القادر على ربط المستقبلات.

نظرًا للجهود العالمية الجارية لتطوير لقاح COVID-19 ، سعينا أيضًا إلى فهم تأثير متغير Spike على الاستجابات المناعية. وفقًا لمنظمة الصحة العالمية ، يوجد حاليًا 126 لقاحًا مرشحًا لـ COVID-19 في التطوير قبل السريري و 10 لقاحات مرشحة في التجارب السريرية لتسجيل المرضى (https://www.who.int/publications/m/item/draft-landscape- من لقاحات covid-19 المرشحة ، تم الاطلاع في 10 حزيران (يونيو) 2020). على الرغم من التنوع الهائل في تركيبات اللقاح وطرق توصيله ، فإن العديد منها يستخدم تسلسلات سبايك (RNA أو DNA) أو الببتيدات وتم تطويرها قبل ظهور متغير G614. باستخدام تنبؤ الحاتمة لأليلات HLA الشائعة 16 ، وجدنا أن متغير G614 يمكن أن يغير ارتباط MHC المتوقع (الشكل التكميلي 4). على سبيل المثال ، انخفض الارتباط المتوقع لحلقة واحدة عالية التقارب بنحو 4 أضعاف (58 نانومتر لـ D614 مقابل 221 نانومتر لـ G614 مع HLA-A * 02:01). على الرغم من أنه من المحتمل أن ينتج بروتين سبايك كامل الطول العديد من الببتيدات المناعية ، إلا أن العديد من اللقاحات تستخدم أجزاء فقط من سبايك 6،7 ، وبالتالي قد يكون من الأفضل تكييف جهود اللقاح مع متغير D614 نظرًا لانتشاره العالمي.

باختصار ، لقد أوضحنا أن الطفرة الحديثة والمهيمنة الآن في السارس- CoV-2 spike glycoprotein D614G تزيد من انتقال الفيروس عبر مجموعة واسعة من أنواع الخلايا البشرية ، بما في ذلك الخلايا من الرئة والكبد والقولون. وجدنا أيضًا أن G614 Spike أكثر مقاومة للانقسام التحلل للبروتين أثناء إنتاج البروتين في الخلايا المضيفة ، مما يشير إلى أن الفيروس المتماثل المنتج في الخلايا البشرية قد يكون أكثر عدوى بسبب وجود نسبة أكبر من بروتين سبايك الوظيفي (غير المنكوب) لكل فيريون. أحد التحذيرات المهمة في هذا العمل هو أننا نستخدم نموذجًا من النمط الكاذب للفيروس البطيء ، والذي له مسار تجميع فيريون مختلف. من غير الواضح ما إذا كان عدد جزيئات Spike على الفيروس البطيء النمط الكاذب يمكن مقارنته مع عدد فيروس SARS-CoV-2 الكامل. ستكون هناك حاجة إلى العمل المستقبلي مع سلالات SARS-CoV-2 المتجانسة (التي تختلف فقط في D614G) لتعزيز الاختلافات الوظيفية التي شوهدت في الفيروسات ذات النمط الكاذب. بالطبع ، حتى إذا كان هناك اختلاف وظيفي قابل للقياس ، فلا يزال من غير المؤكد ما إذا كان هذا سيكون له تأثير سريري على تطور مرض COVID-19. لم تشهد دراستان فحصتا الاختلافات المحتملة في الشدة السريرية أو معدلات الاستشفاء ارتباطًا بحالة طفرة Spike 3،10 ، على الرغم من أن إحدى الدراسات وجدت إثراءًا صغيرًا ولكن ليس مهمًا لطفرات G614 بين مرضى وحدة العناية المركزة (ICU) 3.

نظرًا للارتفاع السريع في العزلات البشرية وتحسين النقل عبر طيف واسع من أنواع الخلايا البشرية ، فإن متغير G614 يستحق دراسة متأنية من قبل الباحثين الطبيين الحيويين الذين يعملون على العلاجات المرشحة ، مثل تلك الخاصة بتعديل البروتياز الخلوي ، وعلى اللقاحات التي توفر الأحماض النووية Spike D614 أو الببتيدات.


خيارات الوصول

احصل على حق الوصول الكامل إلى دفتر اليومية لمدة عام واحد

جميع الأسعار أسعار صافي.
سيتم إضافة ضريبة القيمة المضافة في وقت لاحق عند الخروج.
سيتم الانتهاء من حساب الضريبة أثناء الخروج.

احصل على وصول محدود أو كامل للمقالات على ReadCube.

جميع الأسعار أسعار صافي.


المسارات التي تؤدي إلى إفراز pDCs من النوع I IFN استجابة للفيروسات

تستشعر pDCs الفيروسات من خلال مستقبلات تشبه Toll 9 (TLR9) و TLR7 (1 ، 2 ، 67). يستشعر TLR9 جينومات الحمض النووي مزدوجة الشريطة (ds) الغنية بتسلسل CpG غير الميثيل وكذلك CpG oligodeoxyribonucleotides الاصطناعية (CpG ODN). يكشف TLR7 عن الحمض النووي الريبي الفيروسي أحادي السلسلة (ss) وأوليجوريبونوكليوتيدات الاصطناعية (ORN). يتم تصنيع TLR9 و TLR7 في الشبكة الإندوبلازمية ويتم نقلهما إلى داخل الجسيمات الداخلية حيث يتم تحويل TLR9 إلى شكل نشط عن طريق الانقسام الحال للبروتين (68 ، 69). فيروسات مثل VSV و Sendai virus (SeV) ، التي تدخل pDCs عن طريق الاندماج ، تولد وسيطة متماثلة يتم إعادة توجيهها من العصارة الخلوية إلى TLR9 / 7 + endosomes عن طريق التأليف (70). في هذه العملية ، يُحاط جزء من العصارة الخلوية بغشاء لتوليد فجوة يمكن أن تندمج مع TLR9 / 7 + endosomes. يتم استيعاب فيروسات أخرى ، مثل فيروس الهربس البسيط (HSV) وفيروس كوكساكي ب (CVB) ، من خلال الالتقام الخلوي بوساطة المستقبلات ويتم تسليمها إلى TLR9 / 7 + endosomes (71 & # x0201373). يتطلب توصيل الأحماض النووية الفيروسية إلى داخل الخلايا التي تحتوي على TLR9 و TLR7 تنظيمًا زمانيًا مكانيًا محكمًا لتهريب الأغشية (74 ، 75).

تعبر pDCs أيضًا عن جهازي استشعار عصاري خلوي للحمض النووي الريبي الفيروسي ، RIG-I و MDA5. لقد ثبت أن RIG-I يتعرف بشكل تفضيلي على ssRNA الذي يتم فسفرته في نهاية 5 & # x02032 وجزيئات dsRNA القصيرة نسبيًا. في المقابل ، يتعرف MDA5 على dsRNAs الطويلة ولكنه لا يميز الفسفرة 5 & # x02019 (76 & # x0201379). نظرًا لأن هذه الوسطاء من الحمض النووي الريبي الفيروسي يتم إنشاؤها أثناء التكاثر الفيروسي النشط وتكون pDCs مقاومة إلى حد ما للتكاثر الفيروسي بسبب تأثير autocrine من النوع I IFNs ، لا يلعب RIG-I و MDA5 دورًا رئيسيًا في تنشيط pDCs ، ما لم يكن النوع I إشارات IFN ضعف (50). على عكس DC التقليدي ، لا تعبر pDCs عن TLR2 أو TLR4 أو TLR5 أو TLR3 ، وهو ما يفسر سبب عدم استجابتها للببتيدوغليكان أو عديدات السكاريد الدهنية أو السوط أو الحمض النووي الريبي المزدوج الشريطة (67).

عند التعامل مع روابط الحمض النووي ، يقدم TLR9 و TLR7 إشارات داخل الخلايا من خلال محول العصارة الخلوية MyD88 ، والذي يعمل كموقع لرسو السفن لـ IRAK1 / 4 و TRAF3 و IKK & # x003b1 و IRF7 (80). يتم بعد ذلك فسفرة IRF7 ونقله إلى النواة للحث على تنشيط النسخ لجينات النوع الأول IFN (81). يتم التحكم في IRF7 بشكل إيجابي بواسطة مسار PI (3) K-mTOR-p70S6K (82) ويتم قمعه انتقاليًا بواسطة 4E & # x02013BPs (83). يقوم MyD88 أيضًا بتجنيد IRF5 ، وهو عامل نسخ يتعاون مع العامل النووي - & # x003baB (NF - & # x003baB) في تنشيط نسخ الجينات التي تشفر السيتوكينات والكيماويات الالتهابية (84).تؤدي مسارات إشارات TLR7 و TLR9 أيضًا إلى نضوج pDCs ، والذي يتكون من زيادة التعبير عن MHC من الدرجة الثانية وجزيئات التكلفة (CD80 و CD86 و CD40) ، مما يؤدي إلى القدرة على تقديم المستضدات. يؤدي إشراك TLR7 / 9 في الإندوسومات المبكرة إلى إنتاج النوع الأول من IFN بينما يؤدي إشراك TLR7 / 9 في الجسيمات الداخلية المتأخرة إلى نضوج pDC وإنتاج السيتوكينات (85 ، 86). بالإضافة إلى TLR7 و 9 ، يمكن تنشيط pDCs عبر CD40 ، وهو عضو في عائلة مستقبلات TNF التي ترسل إشارات من خلال مسار NF البديل - & # x003baB (6 ، 87). يعتبر CD40 محفزًا أضعف من النوع الأول IFN مقارنةً بـ TLR7 و TLR9. ومع ذلك ، يمكن أن يعزز بشكل فعال نضج pDCs وقدرتها على تقديم المستضد.


مناعة ضد مسببات الأمراض

تاك دبليو ماك ، ماري إي سوندرز ، في الاستجابة المناعية ، 2006

1. ما هي البكتيريا داخل الخلايا؟

طورت البكتيريا داخل الخلايا الهروب النهائي من البالعات والمكملات والأجسام المضادة: فهي تتحرك داخل الخلية المضيفة وتكمل تكاثرها بعيدًا عن متناول هذه الدفاعات المضيفة. تصيب بعض الأنواع الخلايا المضيفة للجهاز غير المناعي مثل الخلايا الكبدية والخلايا الظهارية والبطانية ، بينما يُظهر البعض الآخر ميلًا قويًا للبلاعم. في حين أن بعض الأنواع البكتيرية داخل الخلايا لا يمكنها البقاء خارج الخلية المضيفة ، فإن البعض الآخر يجعل التكاثر داخل الخلايا هو الأفضل. مثل البكتيريا خارج الخلية ، تصل معظم البكتيريا داخل الخلايا إلى العائل عبر ثغرات في الغشاء المخاطي والجلد ، ولكن يتم إدخال بعضها مباشرة في مجرى الدم عن طريق لدغات نواقل مثل القراد والبعوض والعث.

تدخل البكتيريا داخل الخلايا عمومًا إلى الخلية المضيفة عن طريق الالتقام الخلوي بوساطة مستقبلات ، وبالتالي فهي محصورة أولاً في فجوات داخل الخلايا. تبقى بعض الأنواع في حجرة الفراغ ، بينما يتركها البعض الآخر لتقيم في العصارة الخلوية. نظرًا لرغبتهم في التكاثر داخل خلية مضيفة وإبقائها حية لهذا الغرض ، فإن البكتيريا داخل الخلايا عمومًا ليست شديدة السمية للمضيف ولا تنتج سمومًا بكتيرية ضارة بالأنسجة. بسبب سميتها المنخفضة ، فإن العدوى بالبكتيريا داخل الخلايا تطيل أوقات الحضانة. ومع ذلك ، فإن أسلوب حياتهم داخل الخلايا يجعل من الصعب حل العدوى بهذه الكائنات تمامًا. تعني هذه العوامل أن العدوى بالبكتيريا داخل الخلايا تميل إلى التسبب في مرض مزمن أو متكرر وليس مرضًا حادًا. تعد المناعة الخلوية أمرًا ضروريًا لمكافحة العدوى التي تسببها البكتيريا داخل الخلايا. وبالتالي ، فإن الأفراد الذين يعانون من نقص المناعة والذين يفتقرون إلى القدرة على تكوين استجابات مناعية خلوية معرضون بشكل خاص لخطر الإصابة بمسببات الأمراض.

تنتمي الأنواع المهمة من البكتيريا داخل الخلايا إلى السالمونيلا ، الليستريا ، البروسيلا ، الريكتسيا، و الليجيونيلا أجناس (الجدول 22-6). السالمونيلا التيفية هي بكتيريا معوية مغلفة سالبة الجرام تسبب حمى التيفود لدى البشر. السالمونيلا تيفيموريوم يسبب ما يعادل حمى التيفود في الفئران. يمكن أن يصاب البشر S. التيفيموريوم إذا أكلوا لحمًا مطبوخًا بشكل غير صحيح من الماشية المصابة. في هذه الحالة ، تؤدي العدوى إلى تسمم غذائي. مثل جميع السالمونيلا محيط، S. typhi و S. التيفيموريوم transcytose عبر الخلايا M في الغشاء المخاطي. ومع ذلك ، على عكس خارج الخلية السالمونيلا المعوية البكتيريا التي تسبب تسممًا غذائيًا متعلقًا بالدواجن ، S. typhi و S. التيفيموريوم تغزو الضامة لتتكاثر وبالتالي فهي من مسببات الأمراض داخل الخلايا. عامل ممرض آخر داخل الخلايا ينتقل عن طريق الغذاء الليسترية المستوحدة، قضيب موجب الجرام يصيب سيتوبلازم الضامة وخلايا الكبد. L. monocytogenes يسبب التهابات سحائية أو جهازية في أغلب الأحيان في الأغنام والماشية ولكن في بعض الأحيان في البشر. على عكس معظم البكتيريا ، الليستيريا يمكن أن تتكاثر بنجاح كبير في درجات الحرارة المنخفضة ، مما يعني أن العدوى تستمر في النمو في الطعام الملوث حتى عندما يتم تبريده. الليستيريا وقد ارتبطت العدوى أيضًا بالإجهاض والإملاص عند البشر والماشية. موديلات الماوس من الليستريا كانت العدوى (الليستريات) مفيدة جدًا في اكتشاف كيفية محاربة الجهاز المناعي لمسببات الأمراض داخل الخلايا (انظر لاحقًا). ومع ذلك ، على الرغم من استخدامه في النماذج التجريبية ، لم يتضح بعد كيف L. monocytogenes يشق طريقه عبر الحاجز المعوي إلى الكبد والطحال وأخيراً عبر الحاجز الدموي الدماغي. متنوع البروسيلا الأنواع تنتقل إلى الإنسان عن طريق ملامسة الحيوانات وتؤدي إلى ارتفاع درجة الحرارة. ريكتسيا ريكتسي ينتقل إلى مجرى الدم عن طريق لدغات القراد ويستمر في مهاجمة خلايا العضلات البطانية والملساء ، مما يتسبب في حمى روكي ماونتين المبقعة. البكتيريا المستروحة، الممرض الذي تم تحديده مؤخرًا والذي يسبب اضطراب الرئة المعروف باسم "مرض Legionnaires" ، يتكاثر فقط داخل الضامة.

الجدول 22-6. أمثلة على البكتيريا داخل الخلايا والأمراض التي تسببها

الكائن الحيمرض
البروسيلا (متنوع)حمى شديدة ، داء البروسيلات
البكتيريا المستروحةمرض Legionnaire & # x27s
الليسترية المستوحدةالليستريات
المتفطرة الجذاميةجذام
السل الفطريمرض الدرن
ريكتسيا ريكتسيحمى الجبال الصخرية المبقعة
السالمونيلا التيفيةحمى التيفود
السالمونيلا تيفيموريوممرض يشبه حمى التيفوئيد في الفئران ، والتسمم الغذائي لدى البشر
شيغيلا فلكسنريمرض معوي

أمثلة أكثر شيوعًا لمسببات الأمراض البكتيرية داخل الخلايا تنتمي إلى المتفطرة جنس. مرض السل يسبب مرض السل ، و M. الجذام تؤدي العدوى إلى الجذام. لا تنتج الفطريات السموم البكتيرية وتسبب الالتهاب الخفيف فقط من تلقاء نفسها. ومع ذلك ، من الصعب للغاية إزالة هذه البكتيريا ، واستجابة العائل لفترات طويلة للعدوى الفطرية هي التي تسبب معظم تلف الأنسجة. انصح مرض السل، عصية هوائية بطيئة التكاثر (12 ساعة) تنجذب إلى الأنسجة جيدة التهوية مثل الرئة. مرض السل المرتبط مرض السل ليس فقط بسبب التلف الالتهابي في الرئتين الناجم عن البكتيريا ولكن أيضًا بسبب الاستجابة المناعية التكيفية للمضيف. إن استمرار البكتيريا يستدعي الخلايا التائية النشطة التي تزود المنتجات والملامسات التي تنشط الضامة بشكل مفرط. تفرز الضامة المفرطة النشاط بدورها كميات وفيرة من السيتوكينات المؤيدة للالتهابات التي تؤدي إلى تلف الرئة. بالإضافة إلى ذلك ، قد تشكل البلاعم في النهاية أورامًا حبيبية لجدار البكتيريا. هذه الأورام الحبيبية هي "الدرنات" (كتل أو مقابض) على الرئتين والتي تعطي المرض اسمه. في النهاية ، تتفكك الدائرة الداخلية للبلاعم في الدرنات وتتحرر العصيات. إذا تمكنت دفاعات الجسم & # x27s من إيقاف المرض بشكل فعال في هذه المرحلة ، فإن الآفة تتكلس وتصبح مرئية في الأشعة السينية كندوب على الرئة. إذا لم يتم إيقاف المرض ، تستمر العصيات وقد تصبح كامنة لأشهر أو حتى سنوات. في مرحلة ما ، عندما يضعف جهاز المناعة بسبب سوء الصحة أو سوء التغذية أو غيره من الالتهابات ، قد تتمكن العصيات الموجودة في وسط الحديبة من التكاثر مرة أخرى. ومع ذلك ، في هذه الحالة ، يحدث الضرب البكتيري في الخارج الضامة لأول مرة. في حالة تمزق الدرنات ، يتم إطلاق ملايين البكتيريا في الرئتين. يصبح المريض شديد العدوى في هذه المرحلة بسبب إطلاق العصيات أثناء نوبات السعال. من الرئتين ، تنتشر البكتيريا في جميع أنحاء جسم المريض وتحفز تكوين درنات بحجم البذور في الأنسجة المصابة. قد تكون دفاعات الجسم غارقة ، مما يؤدي إلى فقدان الوزن والسعال (غالبًا مع الدم) وفقدان النشاط المعروف باسم "الاستهلاك".

يعتبر علاج السل تحديًا ، لأن عادة النمو البطيء للبكتيريا وقدرتها على الاختباء في الضامة أو غيرها من الأماكن لفترات طويلة تعني أن المريض غالبًا ما يكون بدون أعراض. وبالفعل أصيب 90٪ من الأفراد مرض السل البقاء بصحة جيدة سريريًا. أحيانًا ما يتردد المريض الذي لا تظهر عليه أعراض في الاستمرار في تناول المضادات الحيوية على المدى الطويل اللازمة لعلاج المرض بنجاح. اختبار "السل" الكلاسيكي ، والذي يتضمن الحقن الجلدي لمستضد التوبركولين (غالبًا ما يطلق عليه صتبول صبروتين دerivative PPD) في الجلد ، يشير إلى ما إذا كان الفرد مصابًا أو مصابًا مرض السل (وبالتالي ربما لا تزال تؤوي البكتيريا) (اللوحة 22-1). رد فعل واضح ومحمر على الجلد حول موقع التلقيح بعد حوالي 48 ساعة هو استجابة DTH: خلايا الذاكرة التائية التي تستجيب للمستضد الملقح تنشط الضامة التي تنتج السيتوكينات التي تحرض على الالتهاب الموضعي. في حالة صغار السن ، قد يعني اختبار السل الإيجابي حدوث عدوى نشطة للسل. عند كبار السن ، يمكن أن ينتج الاختبار الإيجابي إما عن عدوى نشطة ، أو من عدوى سابقة تم التخلص منها ، أو من التطعيم. في هذه الحالات ، يتم إجراء اختبار المتابعة عن طريق فحص الأشعة السينية للرئتين ، والذي يمكن أن يميز بين الآفة النشطة والمتكلسة. قد تكون هناك أيضًا محاولة لاستنبات البكتيريا من المريض. يشتمل جيل جديد من اختبارات السل قيد التطوير على أشكال مختلفة من فحوصات ELISA التي تقيس إنتاج الأجسام المضادة IgM أو تنشيط الخلايا التائية الموجهة ضد الحلقات الخاصة بـ مرض السل.

لوحة 22-1. مرض الدرن

(أ) تصوير الصدر بالأشعة السينية لمراهق مصاب بالسل تظهر مرض الفص العلوي من الرئة والتشكيل المبكر للتجويف (السهم).

بإذن من الدكتور إيان كيتاي ، مستشفى الأطفال المرضى ، تورنتو. (ب) اختبار الجلد Tuberculin على أساس فرط الحساسية من النوع المتأخر استجابة لمزيج خام من مرض السل البروتينات. (ج) السابق فيفو فحص الكشف عن إفراز IFNγ بواسطة خلايا الدم المحيطية الفردية بعد التحفيز بمولدات المضادات الفطرية المحددة. بإذن من الدكتور أجيت لالفاني ، قسم الطب في نافيلد ، جامعة أكسفورد ، مستشفى جون رادكليف ، أكسفورد. [لالفاني أ. وآخرون. (2001) الكشف السريع عن السل الفطري العدوى عن طريق تعداد الخلايا التائية الخاصة بالمستضد. المجلة الأمريكية لطب الجهاز التنفسي والعناية المركزة 163 ، 824-828.] حقوق النشر © 2001

عادة ما يكون الأفراد الأصحاء الذين يعيشون في بيئات صحية بشكل عام (مثل تلك الموجودة في معظم العالم المتقدم) قادرين على القتال بنجاح مرض السل. ومع ذلك ، فإن أجهزة المناعة لأولئك الذين يعيشون في البلدان النامية والمناطق التي تعاني من الاكتئاب الاجتماعي والاقتصادي في البلدان المتقدمة قد يتم إجهادها بما يكفي لتعريضهم لخطر متزايد للإصابة بالسل. وقد بذلت محاولات لإبطاء انتشار السل في مثل هؤلاء السكان عن طريق العلاج بالمضادات الحيوية وبرامج التطعيم (انظر الفصل 23). ومع ذلك ، يستغرق الأمر 6 أشهر على الأقل من العلاج الكيميائي المكثف لشفاء مريض السل بسبب الفعالية المحدودة للأدوية المتاحة ضد الجذور. مرض السل. علاوة على ذلك ، أدى ضعف امتثال المريض لهذا النظام الصارم إلى ظهور سلالات مقاومة للأدوية المتعددة مرض السل. بالإضافة إلى ذلك ، فإن إدارة بأسيلوس جالميت-جيأورين (BCG) من سلالة المتفطرة البقريّة يستخدم كلقاح ضد السل لا يؤدي دائمًا إلى مناعة خلوية كاملة. أدت هذه العوامل إلى استمرار الجنون وتكرار الإصابة بالسل في المجموعات المعرضة للإصابة به. تشير التقديرات إلى أن هناك ملياري شخص في جميع أنحاء العالم مصابون بالعدوى الكامنة مرض السلوأن حوالي 5-10٪ من هؤلاء يتعرضون لإعادة تنشيط البكتيريا مما يؤدي إلى نشاط المرض. يقتل السل حوالي 1.6 مليون شخص سنويًا في جميع أنحاء العالم.

M. الجذام، الكائن الحي المسؤول عن الجذام ، ينمو بشكل أبطأ من مرض السل، يستغرق حوالي 12 يومًا للتكاثر في البشر. لأن درجة حرارة النمو المثلى لهذا الكائن الحي هي 30 درجة مئوية ، M. الجذام يؤسس بشكل تفضيلي الالتهابات تحت الجلد مباشرة. تصيب البكتيريا الأعصاب المحيطية في هذا المكان وتسبب آفات جلدية مرئية. تم تحديد نوعين سريريين من الجذام بناءً على النمط الظاهري للمرض وقوة الاستجابة المناعية الخلوية (اللوحة 22-2). يرتبط "الجذام السلي" ، المعروف أيضًا باسم "الجذام العصبي" ، باستجابة مناعية قوية بواسطة الخلايا. الآفات التي تنحصر في الجلد تحتوي على أعداد معتدلة من البكتيريا. ومع ذلك ، فإن الضرر الذي يصيب الأعصاب الطرفية يسبب فقدانًا لوظيفة الأعصاب مما يؤدي في كثير من الأحيان إلى الإصابة. عدادات الأجسام المضادة للفطريات منخفضة في هؤلاء المرضى. ومع ذلك ، إذا أظهر المريض المصاب استجابة خلوية ضعيفة للكائن الحي ، فقد يتحول الجذام السلي إلى "الجذام الورمي". يتميز هذا النوع من المرض بآفات جلدية شديدة تحتوي على أعداد كبيرة من البكتيريا التي يمكن أن تدمر العظام والغضاريف الكامنة ، مما يؤدي إلى فقدان الهياكل مثل الأصابع والأنف. الأجسام المضادة المضادة للفطريات تكون عالية في هؤلاء المرضى ولكنها غير فعالة في السيطرة على المرض.

اللوحة 22-2. جذام

(أ) الجذام السلي. (ب) يتميز الجذام بأنه "وسط الطيف". (ج) الجذام الورمي.

أُعيد إصدارها بإذن من Emond R.T.D. و Welsby P.D. و Rowland H. (2003) “Color Atlas of Infectious Disease” 4th edn. العلوم Elsevier.


نقاش

الالتقام الصفار: في الجسم الحي الاتجار الداخلي في C. ايليجانس

لقد قمنا بتطوير اختبار بصري في الجسم الحي لامتصاص الترابط الخلوي والاتجار به ، YP170 :: GFP ، عن طريق نمو البويضات. اختبرنا أهمية المكونات المحفوظة لمسار الالتقام العام لـ YP170 :: GFP الالتقام الخلوي عن طريق التداخل بوساطة RNA ووجدنا أن مكونات التسلسل المحفوظ أظهرت الحفاظ على الوظيفة أيضًا. سمح لنا نظام الفحص الجديد هذا أيضًا بإجراء فحوصات متحولة لتحديد الجينات الجديدة المطلوبة للالتقام الخلوي. توقعنا تحديد الجينات المطلوبة على وجه التحديد لامتصاص الصفار ، مثل rme-2 الجين الموصوف هنا ، وكذلك الجينات المطلوبة للالتقام الخلوي في العديد من أنواع الخلايا أو جميعها. التحليل الأولي للآخر rme تشير الطفرات التي تم تحديدها في نفس الشاشة إلى أن العديد منها مطلوب بشكل عام للاتجار الخلوي (جرانت ، هيرش ، بيدرازا ، وتشانغ ، ملاحظات غير منشورة). تصف هذه التجارب معًا نظامًا عامًا للتحليل الجيني العكسي والأمامي للالتقام الخلوي في C. ايليجانس.

RME-2: مستقبلات صفار البيض C. elegans

نقترح أن RME-2 هو C. ايليجانس مستقبل صفار البيض على أساس النمط الظاهري المتحور ، ونمط التعبير ، والطبيعة الجزيئية ، والكفاية للحث على ارتباط الصفار في نوع خلية غير متجانسة. تم استنساخ مستقبلات صفار البيض من الحشرات والفقاريات في السنوات الأخيرة (Schneider، 1996 Sappington and Raikhel، 1998). كلهم أعضاء في عائلة LDLR الفائقة لمستقبلات البروتين الدهني. وهي تختلف في الحجم ، بشكل رئيسي في مجالاتها خارج الخلية ، وتختلف في عدد مرات تكرار ربط ligand من الفئة A (LRs) ، وتكرارات B EGF من الفئة B ، ومناطق تكرار YWTD (Schneider ، 1996). الدجاج وXenopus مستقبلات صفار البيض ، مثل مستقبل VLDL البشري ، هي ثمانية أعضاء متكررة لربط الترابط ، أو LR8 ، أعضاء من هذه العائلة وتحتوي على NP نموذجيXأشكال الاستيعاب Y في مجالاتها داخل الخلايا (شنايدر ، 1996). مستقبلات صفار البعوض وذبابة الفاكهة هي مستقبلات LR13 ، مع تكرار الفئة A مقسمة إلى مجموعة N- طرفية من خمسة ومجموعة أكثر غشاءًا قريبة من ثمانية. كل من هؤلاء يفتقر إلى إجماع NPXإشارة Y ولكنها تحتوي بدلاً من ذلك على إشارات استيعاب داخلية dileucine (Sappington and Raikhel ، 1998). ال ايليجانس rme-2 الجين هو أول عضو LR5 في عائلة الجينات LDLR ويحتوي على NP نموذجيXإشارة الاستيعاب Y مثل أبناء عمومتها من الفقاريات. سيكون من المثير للاهتمام اختبار تقارب C. ايليجانسوالبعوض و ذبابة الفاكهة مجموعات متكررة من مستقبلات الصفار N-terminal خمسة من الفئة A لربط الصفار ، لأنها فريدة من نوعها بين أعضاء عائلة LDLR المعروفة.

ال C. ايليجانس يحتوي الجينوم على العديد من الأعضاء الآخرين من عائلة LDLR الفائقة ، بما في ذلك LR8 (T13C2.4 Springer ، 1998) ، واثنين من المستقبلات الكبيرة جدًا المتعلقة بالميجالين (lrp-1) و LRP (F47B3.8 / T21E3.3). من هؤلاء فقط lrp-1 تم توصيفه وراثيا. يتم التعبير عن LRP-1 بشكل أساسي في اللحمة ، و lrp-1 المسوخات هي اليرقات المميتة مع عيوب واضحة في الانسلاخ (Yochem وآخرون.، 1999). لم يتم العثور على دليل على التكرار الجيني بين rme-2 وlrp-1 في سلالات متحولة مزدوجة (Yochem ، اتصال شخصي). مزيد من التحليل بواسطة C. ايليجانس من المرجح أن تكشف الوراثة عن معلومات أكثر أهمية حول أدوار عائلة الجينات الميتازوان المحفوظة في التوازن الخلوي والتطور.

الاتجار في صفار البيض في الجنين

بعد الإخصاب ، يتم فصل حبيبات الصفار بشكل متساوٍ تقريبًا بين ذرية blastomeres. يبدو أن بروتينات الصفار يتم استقلابها ببطء أثناء التطور الجنيني ، مع بقاء العديد من حبيبات الصفار في اليرقات حديثة الفقس. عند الفقس ، يوجد معظم صفار البيض المتبقي في خلايا الأمعاء. أظهر Bossinger and Schierenberg (1992 ، 1996) أن الإفراز الانتقائي وإعادة الامتصاص ، بدلاً من الفصل الانتقائي أو التدهور ، هما المسؤولان عن التغيير المرئي في توزيع الصفار أثناء التطور الجنيني. حول منتصف التطور ، تفرز الخلايا غير المعوية معظم جزيئات الصفار التي ورثتها من البويضة. يتراكم صفار البيض هذا لفترة وجيزة في الفضاء المحيطي ثم يتم نقله إلى حويصلات تخزين جديدة بواسطة الخلايا المعوية الجنينية. قد تكون إحدى الفرضيات المعقولة هي أن نفس المستقبل المسؤول عن امتصاص الصفار في البويضات من الزائفة الزائفة سيعمل أيضًا في الأمعاء الجنينية لحدث الامتصاص الثاني. ومع ذلك ، فشل الفحص الدقيق لأنماط التعبير RME-2 مع الأجسام المضادة المضادة لـ RME-2 في الكشف عن دليل على وظيفة الالتقام RME-2 أثناء التطور الجنيني. في الثدييات ، يتم تناول LDL المؤكسد بواسطة مستقبل مختلف عن LDL العادي. مستقبل LDL المؤكسد هو عضو في عائلة الليكتين (Sawamura وآخرون.، 1997). ال C. ايليجانس يحتوي الجينوم على العديد من الجينات التي تشفر البروتينات المشابهة لمستقبلات من نوع الليكتين (جرانت ، ملاحظة غير منشورة). ربما يشارك واحد أو أكثر من هذه المستقبلات في امتصاص الصفار في الأمعاء الجنينية.

لقد لاحظنا أن معظم YP170 :: GFP المتبقية في اليرقات حديثة الفقس موجودة في الأمعاء ، مما يشير إلى أن هذا البروتين الاندماجي يخضع أيضًا لعملية نقل جنينية مثل صفار البيض. لقد لاحظنا أيضًا أن حظر خطوة نقل متأخرة في امتصاص YP170 :: GFP في البويضة ، عن طريق سي-رب 7(RNAi) ، يؤدي إلى توطين حبيبات صفار البيض المتضخمة في جميع أنحاء جسم اليرقات حديثة الفقس (نتائجنا غير المنشورة). قد يشير هذا إلى أن حبيبات الصفار المتكونة من حجرة الالتقام المبكرة ، على عكس مقصورة الالتقام المتأخرة ، ليست مؤهلة للإفراز أثناء التطور الجنيني.ربما تكون عملية الإنقطاع هذه مماثلة للإفراز المنظم للمحتويات الليزوزومية بواسطة خلايا الثدييات (راجع الصفحة وآخرون.، 1998) وستكون قابلة للتحليل الجيني في C. ايليجانس.

العوامل العامة للاتجار الداخلي

تمت مقارنة أنظمة الالتقام المحي في العديد من الكائنات الحية مع أفضل مسار للالتقام الخلوي المدروس ، وهو مسار LDL في الثدييات (Goldstein).وآخرون.، 1985). إن التناظر بين ApoB-100 في الثدييات و vitellogenins بالإضافة إلى ذلك بين LDLR ومستقبلات vitellogenin المعروفة قد دفعت إلى فرضية أن مسار امتصاص LDL للثدييات هو أحدث تعديل لجهاز الالتقام المحي القديم (Schneider ، 1996). مثل مسار امتصاص البروتين الدهني منخفض الكثافة ، يُعتقد أن مستقبلات الفيتيلوجينين المرتبطة بجزيئات الصفار يتم استيعابها بواسطة حويصلات مغلفة بالكالاثرين ، والتي تنفصل وتندمج لتكوين الجسيمات الداخلية المبكرة. على عكس الخلايا الجسدية ، يُعتقد أن البويضات تفتقر إلى الجسيمات الحالة في حد ذاتها وقدرتها العالية على التحلل البروتيني (شنايدر ، 1996). بقايا صفار البيض مخزنة في حجرة داخل الجسم ، ربما تعادل الجسيمات الحالة حتى يتم استخدامها أثناء مرحلة التطور الجنيني.

تسلسل الجينوم الكامل لـ C. ايليجانس سمحت لنا التقنية الجينية العكسية السهلة للتداخل بوساطة الحمض النووي الريبي باختبار بعض هذه الفرضيات في اختبار امتصاص YP170 :: GFP. بشكل عام ، ارتبطت نتائجنا جيدًا بالترتيب المتوقع للأحداث في مسار امتصاص صفار البيض C. ايليجانس. C. ايليجانسكانت متجانسات مكونات CCP مهمة بشكل واضح لامتصاص الصفار ، كما كان C. ايليجانس متماثل من منظم endosomal المبكر rab5. م- CHC(رني) و سي-رب 5(RNAi) الناجم عن تراكم يجند (YP170 :: GFP) والمستقبلات (RME-2) معًا على سطح البويضة أو بالقرب منه. في كلتا الحالتين ، ظهر التألق المناعي RME-2 على سطح الخلية أو بالقرب منه منتشرًا ، ويفتقر إلى النمط النقطي المميز النموذجي للبويضات من النوع البري وقد يمثل توطين غشاء البلازما المنتشر. على الرغم من أننا لا نستطيع حاليًا تحديد نقطتين RME-2 القريبة من الغشاء على أنها هياكل سطح الخلية مثل الحفر أو الهياكل تحت السطحية مثل الإندوسومات ، فقد يُتوقع أن تفتقر إلى RME-2 بعد استنفاد الكلاذرين أو الراب. ومن المثير للاهتمام ، أن دورًا لمجمعات مثبطات تفكك النوكليوتيدات rab5-guanine في عزل مجمعات مستقبلات اللجند في CCPs ، بالإضافة إلى وظيفة rab5 المدروسة جيدًا في اندماج الجسيمات الداخلية ، تم عرضها مؤخرًا (Horiuchi وآخرون.، 1997 McLauchlan وآخرون.، 1998). تتوافق نتائجنا مع امتصاص معقدات vitellogenin-RME-2 من خلال CCPs والداخلية المبكرة.

في تجارب RNAi هذه ، كانت مكونات CCP المتوقعة الوحيدة التي لا يبدو أنها مطلوبة لـ YP170 :: الالتقام الخلوي GFP كانتم-μ2 و م-ς2. وحدها أو مجتمعة ، أنتج RNAi لهذه الجينات نمطًا ظاهريًا واحدًا فقط ، ذرية Dpy شديدة. هذه النتيجة مفاجئة تمامًا ، لأنه يُعتقد أن μ2 يوفر الرابط الأساسي بين المستقبلات وآلية الاستيعاب (Ohno وآخرون.، 1995). بالإضافة إلى ذلك ، يُعتقد أن مجمعات محول clathrin تصبح غير مستقرة إذا تم اختراق أحد مكونات tetramer ، مما يعني أن إزالة أي وحدة فرعية يجب أن تؤدي إلى نفس الأنماط الظاهرية (على سبيل المثال ، Dell’Angelica وآخرون., 1999).

إن أحد التفسيرات المثيرة للاهتمام لهذه النتائج هو ذلكم-μ2 و م-ς2 ليست مطلوبة من أجل الالتقام الصفار ، أو الجدوى ، على عكس م-α-adaptin وم-β-adaptin. تظهر أنماط Dpy المماثلة المعروضة فيم-μ2 (رني) و م-ς2 (RNAi) قد تشير الحيوانات إلى عيوب في النمو تحت الجلد. ربما يمكن للسلاسل المتوسطة أو الصغيرة من المجمعات المحوّلة الأخرى في الدودة (على سبيل المثال ، AP1 و AP3) أن تحل جزئيًا محل م-μ2 و م-ς2 ، كما هو مقترح من قبل بعض التداخل في الصلات المختبرية للسلاسل المتوسطة لفرز الإشارات (Ohno وآخرون.، 1998). لم نجد أدلة على التكرار الوظيفي بين م-μ2 وun-101، أ م-μ1. الاحتمال الآخر هو أن تقنية RNAi لم تنقص بشكل كافٍ م-μ2 وم-ς2 للكشف عن أنماطها الصفرية. إذا كان هذا هو الحال ، فقد كنا نتوقع م-μ2 (رني)م-ς2 (RNAi) لإظهار عيوب إضافية. مرة أخرى ، فشلت هذه التجارب في الكشف عن دور لـ م-μ2 وم-ς2 في الالتقام الصفار. الاستكشاف الكامل لهذه الاحتمالات ينتظر العزلة والتحليل م-μ2 و م-ς2 مسوخ فارغ.

ال سي-رب 11كان النمط الظاهري (RNAi) متسقًا مع دور إعادة تدوير المستقبلات في الالتقام الصفار: تم تقليل امتصاص YP170 :: GFP ، وتم تغيير توطين RME-2. تراكم RME-2 في الهياكل القريبة من السطح التي ظهرت أكثر عددًا وتضخمًا وأقل انتظامًا من النقاط البارزة في البويضات من النوع البري. تتوافق هذه النتائج مع التراكم المحتمل لمستقبلات RME-2 في الهياكل الداخلية المبكرة أو هياكل إعادة التدوير. بحثنا في C. ايليجانس الجينوم لـ rab11 و rab4 ، منظمات إعادة تدوير المستقبلات. وجدنا جينًا ثانيًا (W04G5.1) متماثلًا لـ rab11 ولكن ليس له صلة وثيقة بـ rab4. بسبب تشابه التسلسل مع بعضها البعض (80 ٪ متطابقة على مستوى mRNA) ، فمن الممكن أن يكون RNAi ضد واحد سي-رب 11 من شأنه أن يتعارض مع التعبير عن كليهما (Fire وآخرون.، 1998). ربما يخدم أحد متماثلين rab11 أو كليهما وظائف مشابهة لـ rab4 في خلايا الثدييات.

في خلايا الثدييات ، يُعتقد أن rab7 ضروري للنقل من الإندوسومات المبكرة إلى المتأخرة (Feng وآخرون.، 1995). خلايا زراعة الأنسجة الثديية ، التي تعبر عن الشكل السلبي السائد لـ rab7 ، تتراكم جزيئات سطح الخلية التي تعبر مسار الالتقام من سطح الخلية إلى الجسيم الحال في الجسيمات الداخلية المتضخمة المبكرة. لقد منعنا التعبير عن سي-رب 7 بواسطة RNAi والتراكم الملحوظ لـ YP170 :: GFP في الحويصلات الطرفية الكبيرة للبويضة ، وهو نمط ظاهري مشابه جدًا للنمط الموصوف أعلاه لخلايا الثدييات (الشكل 9).

بشكل غير متوقع ، لاحظنا أيضًا تراكمًا كبيرًا للمستقبل المفترض ، RME-2 ، في نفس الحويصلات المحيطية الكبيرة للبويضات المستنفدة من سي-رب 7 نشاط. لم يتم العثور على التعبير عن بروتين Rab7 السالب السائد للتدخل في إعادة تدوير المستقبلات من الجسيم الداخلي المبكر إلى سطح الخلية في خلايا الثدييات (Feng وآخرون.، 1995). نظرًا لأن حجمًا كبيرًا من صفار البيض يتم امتصاصه في البويضات في فترة قصيرة نسبيًا ، ولأن RME-2 يشبه LDLR المعاد تدويره بسرعة ، يبدو من المحتمل أن RME-2 يعيد التدوير بشكل متكرر أثناء تكوين البويضات. نظرًا لأننا لا نرى RME-2 يتراكم في نفس حويصلات التخزين مثل جزيئات الصفار في البويضات من النوع البري ، فمن المحتمل أن يتم فرز مستقبلات الصفار والصفار عن بعضهما البعض بعد الاستيعاب. بعد الفرز ، يمكن إعادة تدوير المستقبلات أو تدهورها.

نظرًا لأنه يُعتقد أن البويضات تتمتع بقدرة تدهور منخفضة جدًا ، فإننا نعتبر نموذجين بسيطين لإعادة تدوير RME-2 كسيناريوهات محتملة يمكن أن تفسر هذه الملاحظات. أولاً ، يمكن إعادة تدوير RME-2 بسرعة من الجسيمات الداخلية المبكرة ، في a سي-رب 7- بطريقة مستقلة. يمكن أن يكون مثل هذا المطلب لنشاط rab7 في إعادة التدوير من الجسيم الداخلي المبكر خاصًا به C. ايليجانس أو ربما تم تفويتها باستخدام التقنيات السلبية السائدة في خلايا الثدييات ، والتي من المفترض أن تعمل عن طريق معايرة عوامل التبادل rab7 بدلاً من استنفاد خلية rab7 نفسها (Feig ، 1999). بدلاً من ذلك ، يمكن إعادة تدوير RME-2 من الجسيمات الداخلية المتأخرة ، كما تم الإبلاغ عن مجمعات البروتين المرتبطة بمستقبلات LRP (Czekay وآخرون.، 1997) ، وفي هذه الحالة ، سي-رب 7(RNAi) يمكن أن يمنع RME-2 من الوصول إلى الإندوسومات المتأخرة لإعادة التدوير. سيكون من المثير للاهتمام التمييز بين هذه النماذج في الدراسات المستقبلية.

لا يزال يتعين اكتشاف الكثير حول آليات الاتجار الداخلي. نتوقع أن يستمر التحليل للالتقام الخلوي بوساطة مستقبلات في C. ايليجانس البويضة ، وخاصة التحليل المتعمق الجديد rme المسوخات ، التي تم تحديدها في شاشات لخلل في امتصاص الصفار ، ستساهم في فهمنا لهذه العملية الخلوية المهمة.


تشكيل لوحة العدسة: العدسة "الأساسية" GRN

ركزت عقدين من الدراسات الجزيئية على فك رموز التفاعلات التنظيمية بين Pax6 و Six3 و Sox2 ، والتسلسل الهرمي لهذه اللائحة ، من خلال تحديد المروجين والمعززات والجينات المستهدفة أثناء تشكل العدسة. في النموذج الحالي ، ينظم Six3 بداية تعبير Pax6 في PLE من E8.0 (Goudreau et al. ، 2002 Liu et al. ، 2006) (الشكل 4). بعد ذلك ، ينظم Pax6 التعبير عن Six3 في PLE (Goudreau et al. ، 2002 Purcell et al. ، 2005 Liu et al. ، 2006). على النقيض من ذلك ، لا يتطلب تعبير Pax6 قبل الترميز Sox2 ، ومع ذلك ، ينظم Pax6 تعبير Sox2 في لوحة العدسة (Smith et al. ، 2009). من E8.75 ، يتم التحكم في تعبير Pax6 بواسطة مُحسِّن للأديم الظاهر محفوظ تطوريًا (EE) (Dimanlig et al. ، 2001) ، والذي يحتوي على مواقع ربط لـ Meis1 / 2 ، Oct1 (Pou2f1) ، Pax6 ، Pknox1 ، Six3 و Sox1 / 2 (Aota et al.، 2003 Zhang et al.، 2002 Liu et al.، 2006 Donner et al.، 2007 Rowan et al.، 2010). يعد التنظيم التلقائي لـ Pax6 آلية ردود فعل إيجابية تضمن الحفاظ على هوية نوع الخلية بعد انقسامات الخلية (Ptashne ، 2013). علاوة على ذلك ، يقوم كل من Six3 (Liu et al. ، 2006) و Sox2 (Inoue et al. ، 2007) أيضًا بتنظيم التعبير عنهما تلقائيًا (الشكل 4) على الرغم من إلغاء التعبير عن Sox2 بعد الانتهاء من غزو العدسة. ومع ذلك ، ينظم Pax6 و Sox2 بشكل مشترك الأهداف النهائية ، بما في ذلك δ-crystallin في الفرخ (كاماتشي وآخرون ، 2001) و N-cadherin في الفئران (سميث وآخرون ، 2009) ، وهو أمر مطلوب لفصل حويصلة العدسة عن الأديم الظاهر السطحي (بونتورييرو وآخرون ، 2009). بالإضافة إلى ذلك ، يعمل المركب الثنائي Pax6-Sox2 كمنشط نسخ قوي (كاماتشي وآخرون ، 2001 Inoue وآخرون ، 2007).

يرتبط الاكتساب التدريجي لمصير خلية العدسة والانتقال الديناميكي في التفاعلات التنظيمية بين عوامل النسخ المرتبطة بالحمض النووي الموصوفة أعلاه ارتباطًا وثيقًا بهيكل الكروماتين وديناميكياته. تدعم الدراسات الوظيفية الحديثة لمعدلات الكروماتين أثناء تطوير العدسة هذه الفكرة. على سبيل المثال ، يتطلب الانتقال من PLE إلى لوحة العدسة وجود هيستون أسيتيل ترانسفيرازات CBP (Crebbp ، أو Kat3a) و p300 (Kat3b) ، حيث يؤدي تعطيلهما في PLE إلى التخفيف وليس القضاء على تعبير Pax6 و Six3 و Sox2 ، بينما لم يبدأ التعبير عن جينات Foxe3 و Prox1 والجينات البلورية (Wolf et al. ، 2013b). بالنظر إلى الأدوار البارزة لإنزيمات CBP / p300 كبروتينات ملزمة محسّنة حاسمة (Visel et al. ، 2009) ، استنفاد هذه البروتينات في CBP - / - p300 - / - من المحتمل أن يؤدي الأديم الظاهر المتحور إلى خلل في المعززات الخاصة بالعدسة ، بما في ذلك تلك الموجودة في باكس 6, ستة 3 و Sox2 الموقع. وفقًا لذلك ، يحتوي Pygo2 (Song et al. ، 2007) على مجال PHD يتعرف على الهيستونات الميثيلية وقد تتعاون هذه التعديلات مع الهيستونات الأسيتيل ، التي يتم تحفيزها بواسطة CBP / p300 ، لتنظيم باكس 6 معززات النسخ.


وظيفة الغدة الصعترية في تنظيم الخلايا التائية ، والآليات الجزيئية الكامنة وراء تعديل السيتوكينات وإشارات الإجهاد (مراجعة)

حقوق النشر: & نسخ يان وآخرون. هذا مقال مفتوح الوصول يتم توزيعه بموجب شروط ترخيص إسناد المشاع الإبداعي.

هذا المقال مذكور في:

الملخص

مقدمة

الغدة الصعترية هي عضو ثنائي الفصوص يقع في المنصف العلوي للصدر ، فوق القلب وخلف القص. يمكن تقسيمها إلى قسمين فرعيين رئيسيين: القشرة والنخاع. يحتوي كل جزء فرعي على العديد من الأنواع الفرعية من الخلايا الظهارية الصعترية (TECs) ، بالإضافة إلى الخلايا التغصنية والخلايا الوسيطة والخلايا البطانية (1-3). بالإضافة إلى ذلك ، فإن الغدة الصعترية تنشئ وتحافظ على البيئات الدقيقة في الغدة الصعترية ، والتي تكون قادرة على دعم التطور الفعال للخلايا التائية. تعتمد صيانة هذه البيئات الدقيقة على الوظائف المتخصصة للخلايا اللحمية الصعترية ، والمكونات الرئيسية الأخرى لبيئة الغدة الصعترية الدقيقة (4،5). أثناء تطور ونضج الخلايا التوتية من أسلاف الخلايا التائية المشتقة من نخاع العظم ، تؤدي ثلاثة أحداث رئيسية دورًا مهمًا في كل خلية تائية تحمل مستقبلًا فريدًا من الخلايا التائية (TCR): إعادة ترتيب والتعبير عن TCRα و loci ، والتي تعتمد على الاختيار الإيجابي للتجمع الجسدي [تحديد الخلايا القادرة على التعرف على معقد التوافق النسيجي الذاتي الرئيسي (MHC) في تقديم المستضد إلى الخلايا التائية] والانتقاء السلبي (إزالة الخلايا التائية التي يحتمل أن تكون ذاتية التفاعل). تصبح الخلايا التائية التي تنجو من عمليات الانتقاء في النهاية عنقودًا ناضجًا من التمايز (CD) 4 + أو CD8 + خلايا T موجبة واحدة (الشكل 1). تضمن هذه العمليات وجود مجموعة من الخلايا التائية الطرفية غير ذاتية النشاط. يتم توجيه ترحيل الخلايا التائية بواسطة العديد من الوسطاء ، بما في ذلك المستقبلات الكيميائية والمستقبلات المقترنة بالبروتين G (GPCR) ، والتي يتم دعمها من خلال الهياكل اللحمية الموجهة ومن خلال TECs ، بما في ذلك TECs القشرية و TECs النخاعية (mTEC). تشكل TECs شبكة ثلاثية الأبعاد موجهة ، بدلاً من الهياكل الظهارية ثنائية الأبعاد الأكثر "نموذجية" (2D) (6،7). من المهم تحديد الآليات الجزيئية الكامنة وراء تنظيم الغدة الصعترية لتطور الخلايا التائية والبروتينات المشاركة في التعرف على الخلايا التائية. ومع ذلك ، على حد علمنا ، فإن الآليات الكامنة وراء هذه العمليات لم يتم استكشافها بالكامل بعد.

شكل 1.

تطور الخلايا التائية في الغدة الصعترية. القرص المضغوط ، مجموعة التمايز CMJ ، الوصلة القشرية النخاعية cTEC ، الخلية الظهارية القشرية الغدة الصعترية DN ، التمايز DP ، mTEC الموجب المزدوج ، الخلية الظهارية النخاعية النخاعية SP ، الخلية الظهارية المفردة الموجبة.

الآليات الجزيئية الكامنة وراء توليد الخلايا التائية التنظيمية في الغدة الصعترية

في عام 1969 ، كان Nishizuka و Sakakura أول من قدم آلية لتوليد الخلايا T (T reg) التنظيمية في الغدة الصعترية ، بناءً على تجربة استئصال التوتة الوليدية (8). تعتبر الخلايا T reg في الغدة الصعترية حيوية للتنظيم السلبي للالتهاب المناعي ، والذي يظهر بشكل بارز في اضطرابات المناعة الذاتية والالتهاب الذاتي ، والحساسية الحادة ، والسرطان ، والالتهابات المزمنة ، والميكروبات المتعايشة. كما أنها مهمة لتنظيم التهاب التمثيل الغذائي من أجل التوازن والتسامح المحيطي (9-11). أظهرت الدراسات الحديثة أن الفئران التي تفتقر إلى عامل النسخ P3 (Foxp3) تعاني من أمراض المناعة الذاتية ، والتي تستسلم لها في غضون أسابيع (12 ، 13). على الرغم من أن CD25 ليس علامة محددة يتم التعبير عنها حصريًا على الخلايا T reg ، فإن استخدام الأجسام المضادة المحددة لـ CD25 لاستنفاد أو تعطيل الخلايا T reg ، بالاقتران مع التحفيز المناعي ، هو طريقة علاج جذابة ، لا سيما في العلاج المناعي المضاد للورم (14) . الفهم الحالي هو أن تطور الخلايا T reg يحدث عندما تقع شغف TCR للمستضدات الذاتية بين رغبة TCR التي تدفع بالانتقاء الإيجابي والسلبي (15-19). من المعروف أيضًا أن مشاركة TCR تحفز العديد من جزيئات الإشارات وعوامل النسخ. يؤدي هذا التحفيز إلى شبكة معقدة من أحداث الإشارات داخل الخلايا. تشمل البروتينات المهمة في وظيفة الخلايا التائية الزعترية phosphoinositide 3-kinase ، والبروتين kinase B (AKT) ، والهدف الثديي للراباميسين (mTOR) ، والعامل النووي للخلايا التائية المنشطة ، والبروتين المنشط لعامل النسخ 1 والعامل النووي- B (NF-B) ). تساهم العديد من المسارات في تطوير الخلايا التائية ، بما في ذلك مسارات TCR و AKT-mTOR و NF-B ، من بين أمور أخرى (20-22). تلتقط أنواع مختلفة من الخلايا العارضة للمستضد (APCs) وتقدم المستضدات إلى الخلايا التوتية من خلال شبكة معقدة من مسارات الإشارات (الشكل 2). بالإضافة إلى ذلك ، يبدو أن إشارات الكالسيوم متورطة في تطوير الخلايا التائية التائية (23). علاوة على ذلك ، قد يكون للجيل المتزايد من بروتين Foxp3 في تطوير الخلايا التائية التائية دور إيجابي في إشارات Ca 2+ (24 ، 25). ومع ذلك ، فإن الكالسيوم هو أيضًا منظم سلبي قوي لـ Foxp3 في مسار AKT-mTOR. تنظم إشارات Phosphatidylinositol-4،5-bisphosphate 3-kinase / AKT الفسفرة وتثبيط عوامل النسخ O (FoxO). تم الإبلاغ مؤخرًا عن عوامل النسخ FoxO لتسهيل التعبير عن تطور خلايا Foxp3 و T reg (26-28). على الرغم من أن الخلايا T reg (nT reg) وخلايا T reg المستحثة (iT reg) يمكن أن تفرض التحمل ، فإن خلايا iT reg ، مثل تلك المشتقة من البكتيريا المتعايشة في الأمعاء ، قد يكون لها دور مهم بشكل خاص لأنها تزيد من تنوع مستقبلات المستضد (29) ، 30). من المحتمل أن تختلف الآليات الكامنة وراء التطور وخصائص المستضد لخلايا nT reg و iT reg.

الشكل 2.

الآليات الجزيئية الكامنة وراء توليد الخلايا التائية التنظيمية الغدة الصعترية. يتم عرض الإشارات الجزيئية في اتجاه مجرى TCR. AP ، البروتين المنشط APC ، الخلية العارضة للمستضد BCL ، سرطان الغدد الليمفاوية للخلايا B BTLA ، مخفف الخلايا الليمفاوية B و T Ca ، الكالسيوم CARMA ، CD المحتوي على MAGUK البروتين ، مجموعة التمايز DAG ، diacylglycerol ER ، الشبكة الإندوبلازمية ERK ، تنظيم إشارة خارج الخلية كيناز IKKβ ، مثبط للعامل النووي κB ITIM ، عزر تثبيط التيروزين المناعي MEK ، كيناز MHC المنشط خارج الخلية ، مركب التوافق النسيجي الرئيسي ، FoxO ، بروتين صندوق الشوكة O FOXP3 ، بروتين صندوق الشوكة 3 NFAT ، عامل نووي من T المنشط Grb ، بروتين مرتبط بمستقبلات عامل النمو LAT ، رابط لتنشيط الخلايا التائية LCK ، بروتين خاص بالخلايا الليمفاوية ، التيروزين كيناز p56 MALT ، بروتين انتقال سرطان الغدد الليمفاوية للأنسجة الليمفاوية المرتبط بالغشاء المخاطي mTOR ، الهدف الميكانيكي للراباميسين NF ، العامل النووي PI3K ، فوسفاتيديلينوسيتول-4 ، 5-bisphosphate 3-kinase PK ، بروتين كيناز PL ، phospholipase PTP ، بروتين التيروزين الفوسفاتيز Ras ، ساركوما الفئران المعروفة أيضًا باسم p21 Raf ، تتسارع بسرعة الساركوما الليفية المصنفة SHP ، البروتين المحتوي على SH2 التيروزين الفوسفاتيز SOS ، ابن Sevenless STIM ، جزيء التفاعل اللحمي TAK ، تحويل عامل النمو كيناز المنشط بيتا ZAP70 ، بروتين مرتبط بـ 70 كيلو دالتون.

على مدى السنوات القليلة الماضية ، تم إحراز تقدم كبير في فهم العملية التنموية للخلايا التائية الصعترية والآلية الجزيئية التي يقوم عليها تنظيمها في الغدة الصعترية. ومع ذلك ، لا يزال هناك العديد من الأسئلة دون إجابة. على سبيل المثال ، تظل الاختلافات الجزيئية بين الخلايا التوتية غير الناضجة CD4 + الفردية الإيجابية (SP) في الغدة الصعترية والخلايا التائية الطرفية غير معروفة. بالإضافة إلى ذلك ، لا يزال يتعين توضيح سبب حدوث تعبير Foxp3 في الغالب في CD4 + ، وليس CD8 + ، و SP ، وتهدف المراجعة الحالية إلى فهم هذه الآليات الجزيئية وكيف يتم "توصيل" هذه المكونات الجزيئية في الإشارات التنظيمية وشبكات النسخ. قد يساعد تحقيق ذلك في تحسين الاستراتيجيات العلاجية المستخدمة لعلاج اضطرابات المناعة الذاتية والالتهابات.

آثار السيتوكينات على وظيفة الغدة الصعترية

تعمل السيتوكينات كمرسلين جزيئيين بين الخلايا المناعية ، وقد تم الإبلاغ عن أنها ذات أهمية كبيرة لوظيفة الغدة الصعترية. إن تأثيرات شلالات السيتوكين على وظيفة الغدة الصعترية مفهومة جيدًا بشكل عام.يمكن لجميع أنواع خلايا الغدة الصعترية تقريبًا إنتاج السيتوكينات ، إما تلقائيًا أو بعد التحفيز بعوامل محفزة ، بما في ذلك عديدات السكاريد الدهنية ، و phytohemagglutinin ، و ionomycin. أهم المجموعات الفرعية لخلايا الغدة الصعترية هي TECs ، والتي تعد المصدر الرئيسي للسيتوكينات والكيموكينات المطلوبة في التطور المبكر للخلايا التائية (31). يمكن تقسيم التعبير التفاضلي للسيتوكينات الرئيسية التي تنتجها TECs إلى أربعة فروع: Hemopoietins ، السيتوكينات المنشطة للالتهابات ، السيتوكينات القاتلة و interleukin (IL) -6 و IL-7 السيتوكينات (32،33). والجدير بالذكر أن السيتوكينات وعوامل النمو الأخرى تؤدي أدوارًا مهمة في وظيفة الغدة الصعترية ، حيث تنظم العمليات الخلوية المختلفة. ومع ذلك ، فإن وظائف العديد من السيتوكينات في الغدة الصعترية ليست مفهومة جيدًا. قد يكشف فهم تأثيرات السيتوكينات داخل التوتة عن بعض الجوانب غير المعروفة لفيزيولوجيا الغدة الصعترية.

تنتج الغدة الصعترية هرمونات وسيتوكينات تنظم وظيفة المناعة. حددت دراسة سابقة ستة أنواع على الأقل من الخلايا الزعترية (34). تنقسم السمات النسيجية للغدة الصعترية على نطاق واسع إلى اللب المركزي والقشرة المحيطية. أظهرت الأبحاث السابقة أن إفراز الخلايا اللمفاوية التائية السيتوكين له دور حيوي في تصاعد الاستجابات المناعية التكيفية (35). بالإضافة إلى ذلك ، فإن العدد الكبير من السيتوكينات التي ينتجها الغدة الصعترية يحافظ على توازن دقيق بين تكاثر الخلايا الصعترية والنضج والتفعيل والتمايز وتثبيط البقاء على قيد الحياة. تفرز خلايا الغدة الصعترية أيضًا الببتيدات IL-1 و IL-3 و IL-4 و IL-6 وثلاثة هرمونات رئيسية من الغدة الصعترية وهي الثيموسين والثيموبويتين والثيمولين (36-39). تلعب هرمونات الغدة الصعترية دورًا رئيسيًا في الحفاظ على وظائف الجهاز المناعي ، وللسيتوكينات أدوار أساسية في التحكم في الاستجابات المناعية.

السيتوكينات هي عديد ببتيدات صغيرة تنظم وظيفة الخلية وتفرزها الخلايا المناعية في الغالب. يتم إنتاج العديد من السيتوكينات المسؤولة عن تعديل تمايز الخلايا التائية بواسطة الخلايا التوتية و TECs. تعد قدرة الخلايا التوتية على إنتاج السيتوكينات مهمة في تنظيم إنتاج السيتوكينات الصعترية والاستجابات لعملها (الشكل 3). من بين هذه الهيئات التنظيمية ، يلعب IL-7 دورًا خاصًا في تمايز الخلايا الصعترية وقد تم الإبلاغ عن IL-7 لتعزيز إعادة ترتيب جينات TCR من خلال تعزيز إنتاج ونشاط إعادة التركيب (40،41). يتطلب إنتاج الغدة الصعترية لخلايا T reg IL-2 ، وهو أمر مطلوب أيضًا أثناء نمو الخلايا التائية في الغدة الصعترية ونضج الخلايا T reg. أفادت الدراسات الحديثة أن مستقبل IL-2 نشط وظيفيًا داخل الغدة الصعترية ، فهو يزيد من عدد CD4 + Foxp3 + thymocytes والتعبير عن Foxp3 و CD25 إلى المستويات الطبيعية (42-44). IL-4 هو سيتوكين آخر تنتجه الخلايا التائية التي تحتوي مستقبلاتها على سلسلة γ (c). لقد ثبت سابقًا أن IL-4 يتآزر مع IL-2 في تحريض تكاثر الخلايا الصعترية في ثقافة عضو الغدة الصعترية للجنين. بالإضافة إلى ذلك ، يدعم IL-4 الخلايا التوتية من خلال مراحل متتالية من الانتشار ، ويعمل جنبًا إلى جنب مع العوامل المحفزة (45،46). في الآونة الأخيرة ، تم توجيه البحث إلى السيتوكين IL-10 ، الذي تنتجه الخلايا T reg ، وغيرها من الخلايا التائية المساعدة ، والخلايا B ، و APCs المحفزة بشكل مزمن. IL-10 مهم للحفاظ على التوازن المناعي على الأسطح المخاطية ويساهم أيضًا في كبت المناعة (47-49).

الشكل 3.

دور السيتوكينات في تطور الخلايا التائية. القرص المضغوط ، مجموعة التمايز DN ، السالب المزدوج DP ، الإيجابي المزدوج IL ، الإنترلوكين Treg ، الخلية التائية التنظيمية.

للإنترفيرون (IFN) -γ تأثيرات عديدة على TECs ، فهو ينشط TECs ويزيد من التعبير السطحي لفئتي MHC الأول والثاني ، وبروتينات الغشاء الأخرى (50). علاوة على ذلك ، يحفز IFN-إفراز IL-6 بواسطة TECs (51). يدعم IFN-أيضًا تمايز الخلايا الصعترية ، من خلال عملها على وظائف TEC. تم الإبلاغ عن أن عامل نخر الورم (TNF) -α يلعب دورًا مهمًا في تنظيم إنتاج الغدة الصعترية ، مما يؤدي إلى موت الخلايا المبرمج وانتشار خلايا CD3 - CD4 - CD8 - T غير الناضجة في وجود IL-7 (52). علاوة على ذلك ، يشارك TNF-α و IL-1 كعوامل مساعدة في تحريض التزام وتمايز الخلايا التوتية CD4 - CD8 - thymocyte (53). يحفز TNF-α أيضًا إنتاج IL-6 ويعزز موت الخلايا المبرمج لخلايا CD4 + CD8 + التي يسببها الجلوكوكورتيكويد (54،55).

بعض الجزيئات متعددة الوظائف وتؤدي وظائف مختلفة في الجهاز الخلوي داخل الغدة الصعترية مما تفعله في الأجزاء الطرفية من الجهاز المناعي. على سبيل المثال ، بعض السيتوكينات متعددة الوجوه في أنشطتها البيولوجية وتظهر أدوارًا مختلفة في هذه الأنظمة المختلفة. الأدوار الرئيسية للسيتوكينات الصعترية هي في العمليات التأسيسية ، بما في ذلك هجرة الخلايا الصعترية وتطورها ، ووسط مجموعات الخلايا ، ولكن ليس تلك المحفزة ، مثل الاستجابة المناعية / التحمل أو الالتهاب ، كما هو الحال في المحيط. عادة ما يكون تخليق السيتوكينات والتعبير عن مستقبلاتها في الغدة الصعترية عفويًا أو ناتجًا عن تفاعلات الخلايا الخلوية ، على عكس المحيط. يتم تلخيص المعلومات المتعلقة بإنتاج السيتوكينات في الغدة الصعترية والنشاط البيولوجي لهذه السيتوكينات في الجدول الأول.

الجدول الأول.

يؤثر النشاط البيولوجي للسيتوكينات على وظيفة الغدة الصعترية المرتبطة بالخلايا التائية.

الجدول الأول.

يؤثر النشاط البيولوجي للسيتوكينات على وظيفة الغدة الصعترية المرتبطة بالخلايا التائية.

المؤلف (سنة) اسم الوزن الجزيئي (kDa) منتجي الخلايا النشاط البيولوجي (الحكام)
كوتو وآخرون (1992) دلول وآخرون (1991) IFN-γ 17.1 تنشيط الخلايا التائية الخلايا الطبيعية القاتلة يؤثر على تمايز الخلايا التائية والخلايا البائية والبلاعم ونضجها (36,37)
نيتا وسوزوكي (2016) غالي وآخرون (1990) سافينو وآخرون (2016) IL-1 17.3 17.5 الخلايا الظهارية الصعترية الضامة حيدات يمكن أن يعمل كعامل نمو للخلايا التوتية ويعزز تنشيط خلايا الغدة الصعترية التائية وتكاثرها وتمايزها. (31,38,39)
Savino and Dardenne (2000) Muegge وآخرون (1993) IL-2 13–17 تنشيط الخلايا التائية يعزز تطوير T.ريج الخلايا داخل الغدة الصعترية الداخلية تعزز تنشيط تكاثر الخلايا التائية والتمايز وإنتاج السيتوكينات (40,41)
باير وآخرون (2007) فاراس وآخرون (1997) ويست وآخرون (2015) ميلين وآخرون (1997) IL-4 18–19 تنشيط الخلايا التائية عامل نمو الخلايا التائية (42–45)
زلوتنيك وآخرون (1987) شيفاح (2009) بارنز وبوري (2009) IL-6 19–28 وحيدات البلاعم الخلايا الليفية الخلايا التائية الخلايا البطانية الخلايا ب يعزز تطور ونضج الخلايا التوتية (46–48)
ميتال وروش (2009) باتل وآخرون (1995) IL-7 20–28 الخلايا اللحمية الخلايا الكيراتينية الخلايا الكبدية الخلايا الجذعية يعزز التمايز بين الخلايا التائية CD8 + في الغدة الصعترية ويحافظ على تكاثر الخلايا التائية (49,50)
ميلين وآخرون (1995) باسيتا وستوتمان (2000) IL-9 14–25 تنشيط الخلايا التائية عامل نمو الخلايا التائية (51,52)
Zúñiga-Pflücker وآخرون (1995) أرزت وآخرون (2000) IL-12 75 الخلايا التائية يحافظ على سلامة الغدة الصعترية ووظيفتها (53,54)
كوهين كامينسكي وآخرون (1991) وانج وآخرون (2016) IL-17 34–52 الخلايا اللمفاوية التائية ينشط CD4 + الذاكرة الخلايا اللمفاوية التائية تنتج T.ريج 17 خلية (55,56)
شانلي وآخرون (2009) دولي وليستون (2012) كابلر وآخرون (1987) IL-21 15–18 تنشيط خلايا CD4 T. تيريج 17 خلية تعزز تمايز الخلايا التائية CD4 T تقلل من مسار Th17 تحفز القاتل الطبيعي المنشط والخلايا الليمفاوية CD8 تزيل حساسية الخلايا المستجيبة للتأثيرات المثبطة لـ Tريج تعمل الخلايا كمفتاح لإنتاج الغلوبولين المناعي G في الخلايا البائية (57–59)
Xing and Hogquist (2012) روبرتس وآخرون (1990) IL-22 17–22 T المساعد 17 خلية يعزز تكاثر الخلايا الظهارية الصعترية والبقاء على قيد الحياة ويؤثر على نمو الخلايا التائية (60,61)
كيسيلو وآخرون (1988) Ramsdell and Fowlkes (1990) Howard وآخرون (1999) TGF-β 12.5 تنشيط الخلايا التائية الخلايا البائية المنشطة يمنع تكاثر الخلايا التوتية المعتمد على IL-1 و IL-2 و IL-7 (62,63,67)
وانغ وآخرون (1994) مولر هيرميلينك وآخرون (1987) Gruver and Sempowski (2008) تنف α 17–26 حيدات الضامة يعزز تكاثر الخلايا التائية والخلايا البائية (68–70)
بويد (1932) جروفر وآخرون (2007) TSLP 18.1 الخلايا الظهارية والتشجيرية يعزز التمايز T helper 2 لخلايا CD4 T الساذجة ينشط الخلايا التائية القاتلة الطبيعية والخلايا القاعدية والخلايا المناعية الفطرية الأخرى (71,72)

[i] CD ، مجموعة التمايز IFN ، interferon IL ، interleukin TGF-β ، عامل النمو المحول β TNF-α ، عامل نخر الورم α Tريج، T TSLP التنظيمية ، الليمفوبويتين اللحمية الصعترية.

تنظيم الآليات الجزيئية في ضمور الغدة الصعترية والارتداد بوساطة الإجهاد

الإجهاد قادر على تعطيل التوازن في جهاز المناعة ، وتتسبب العديد من الحالات المجهدة في انحلال الغدة الصعترية الحاد ، بما في ذلك الضيق العاطفي وسوء التغذية والحمل (56،57). علاوة على ذلك ، يمكن أن تؤدي العديد من العمليات إلى حدوث ارتداد الغدة الصعترية أثناء الحالات المرضية ، مثل الالتهابات البكتيرية والفيروسية والالتهابات والأمراض والعلاج السريري للسرطان والنظم التحضيرية لعمليات زرع نخاع العظم (58) ، كما هو موضح في الشكل 4. لذلك ، يجب أن توجد آليات من أجل تنظيم هذه العمليات في سياقات مختلفة. من المعروف أن الغدة الصعترية تلعب دورًا مهمًا في الاستجابة المناعية للجسم. يوفر البيئة المكروية الضرورية لتطوير الخلايا التائية من الخلايا الجذعية المكونة للدم. تعتبر الوظائف المركزية للغدة الصعترية ضرورية للتسامح المناعي في العديد من القوارض ونماذج الحيوانات الكبيرة في ظل الظروف العادية أو المرضية. تعمل هذه الوظائف من خلال آليات مختلفة ، مثل الحذف النسيلي أو الحساسية النسيلية للخلايا التائية ذاتية التفاعل ، والقضاء على الخلايا التائية الذاتية التفاعل أو التحكم فيها ، وحساسية الخلايا التائية ذاتية التفاعل (59-63). ساعدت الدراسات الميكانيكية الحديثة المتعلقة بتحمل الخلايا التائية المركزية والمحيطية في تصميم استراتيجيات علاجية جديدة ومعدلة للمناعة لعلاج أمراض المناعة الذاتية ، وتحسين الوقاية من السرطان والأمراض المرتبطة به واكتشافها وعلاجها ، فضلاً عن ممارسة تأثيرات تنظيم المناعة في عمليات الزرع. النتائج باستخدام التدخلات الدوائية أو البيولوجية (64-66). إن الإصابة بالضعف المناعي والضمور المناعي ، المرتبطان بانخفاض المناعة ، هي عمليات معقدة لا يزال يتعين فهمها بشكل كامل. العديد من العوامل لها تأثير سلبي على تكون الغدة الصعترية ، وضمور الغدة الصعترية الحاد الناجم عن الإجهاد ، وعلى ارتداد الغدة الصعترية المزمن المرتبط بالشيخوخة. وتشمل هذه العوامل الجوع والضغوط البيئية والعدوى البكتيرية والتشعيع أو العلاجات المثبطة للمناعة (67-70).

الشكل 4.

نموذج لضمور الغدة الصعترية الناجم عن الإجهاد ، والوسطاء المثبطين للغدة الصعترية. الإيدز ، متلازمة نقص المناعة المكتسب Cyc ، سيكلوفوسفاميد Dex ، ديكساميثازون دوكس ، دوكسوروبيسين فيروس نقص المناعة البشرية ، فيروس نقص المناعة البشرية hGH ، هرمون النمو البشري IL ، إنترلوكين KGF ، عامل نمو الخلايا الكيراتينية TGF-β ، عامل النمو المحول- TSLP ، سترومين ليموني.

تم الإبلاغ عن انكماش الغدة الصعترية منذ 80 عامًا بواسطة Boyd (71) ومع ذلك ، فإن الآليات الأساسية ليست مفهومة جيدًا. يُعرَّف الإنزال المناعي بأنه تدهور في جهاز المناعة ، والذي يرتبط بالشيخوخة (72-74) ، وقد اجتذب اهتمامًا متزايدًا في قطاعي العلوم والرعاية الصحية على حد سواء. غالبًا ما لوحظ ضمور الغدة الصعترية بسبب التأثيرات المباشرة أو غير المباشرة للأدوية أو البيئة على الغدة الصعترية. ومع ذلك ، فإن أحد الاعتبارات الرئيسية الأخرى في ضمور الغدة الصعترية هو الارتفاع الجهازي في الجلوكوكورتيكويد والسيتوكينات الالتهابية. لسوء الحظ ، فإن الغدة الصعترية حساسة بشكل حاد لمختلف الضغوط والإصابات ، لذلك غالبًا ما تعتبر "مقياسًا للضغط" للجسم. يمكن أن يساهم ضمور الغدة الصعترية لفترات طويلة في حالات الإجهاد في نقص الخلايا التائية المحيطية أو يمكن أن يثبط إعادة تكوين المناعة ، مما يؤدي إلى انخفاض في تكوين الغدة الصعترية (75 ، 76). لذلك ، ركزت الدراسات الآلية بشكل متزايد على ضمور الغدة الصعترية. تم استخدام نموذج الفأر الشائع الاستخدام لضمور الغدة الصعترية الحاد الناجم عن التسمم الداخلي للكشف عن آثار الإجهاد الحاد على تكون الغدة الصعترية. على سبيل المثال ، في نموذج ضمور الغدة الصعترية الحاد الناجم عن عديد السكاريد الدهني ، كشف تحليل ميكروأري و GT11000 مجموعة مسبار مع تعديلات كبيرة (& GT1.4 أضعاف) ، بعد يوم واحد من تحدي LPS. هذا الاكتشاف له آثار مهمة فيما يتعلق بكيفية مساهمة الاستجابة المباشرة للسموم الداخلية لتحدي الذيفان الداخلي في ارتداد الغدة الصعترية أثناء التسمم الداخلي (77). في الفئران المجهدة بالسموم الداخلية ، تم الإبلاغ سابقًا عن أن إعطاء اللبتين يزيد من تكون الغدة الصعترية في الفئران التي تعاني من نقص الليبتين (ob / ob) ، ولكن ليس في الفئران العادية (78). علاوة على ذلك ، أشارت دراسة حديثة إلى أن عدد الخلايا الصعترية و TECs انخفض بشكل كبير في ارتداد الغدة الصعترية حديثي الولادة المعالج بـ LPS (79).

يجب أيضًا النظر في ارتداد الغدة الصعترية المرتبط بالعمر. يصاحب الشيخوخة انخفاض في وظيفة الجهاز المناعي وتطوره. إن فهم عملية الشيخوخة ، وكيف يمكن تأخير هذه العملية أو عكسها ، قد يسمح لنا باتخاذ إجراءات لتبني أنماط حياة أكثر صحة والعيش لفترة أطول. يتميز ارتداد الغدة الصعترية المرتبط بالعمر بالتناقص التدريجي لإنتاج الخلايا التائية الجديدة (80). ومع ذلك ، فإن العديد من النتائج السابقة متناقضة. أبلغت بعض الدراسات عن آثار الشيخوخة على وظيفة العدلات والضامة والخلايا القاتلة الطبيعية ، في حين أفادت دراسات أخرى بعدم وجود ارتباط (81،82). بالإضافة إلى ذلك ، أوضحت بعض الدراسات أن الإعطاء الجهازي لعامل نمو الخلايا الكيراتينية (KGF) يعزز تكوين اللمفاويات للخلايا التائية عن طريق تحفيز TECs لإفراز السيتوكينات المختلفة التي تعمل بعد ذلك على تطوير الخلايا التوتية في الفئران الصغيرة والكبيرة (83،84). علاوة على ذلك ، تم إجراء دراسة سابقة على سلالات الفئران الفطرية المؤتلفة C57BL / 6 × DBA / 2 لتحديد المواقع الجينية التي تؤثر على ارتداد الغدة الصعترية المرتبطة بالعمر ، وأظهرت أن أقوى مواقع الصفات الكمية تؤثر على معدل ارتداد الغدة الصعترية في المؤتلف. تم تعيين الفئران الفطرية على الكروموسوم (Chr) 9 (D9Mit20 عند 62 سم) و Chr 10 (D10Mit61 عند 32 سم) (85).

من المعروف أن الضغط على جهاز المناعة يؤدي إلى تثبيط وظائف الخلايا المناعية ، مثل الخلايا التائية والضامة والخلايا المتغصنة والخلايا البائية ، وضمور أجهزة المناعة ، وفي الغالب الغدة الصعترية والطحال. الغدة الصعترية هي أحد الأعضاء المركزية للجهاز المناعي ، وهي ضرورية لتطوير الجهاز المناعي التكيفي. الإهانة ، العدوى ، عدم انتظام الاختيار الإيجابي والسلبي ، قمع التصاق الخلية ، الانجذاب الكيميائي ، السمية الخلوية ، زيادة موت الخلايا المبرمج أو ظهور المستضد في الغدة الصعترية ، قد تؤدي جميعها إلى المناعة الذاتية أو تثبيط المناعة (86،87). أشارت الدراسات السابقة إلى أن التعرض للعوامل المثبطة للمناعة ، مثل ثنائي إثيلستيلبيسترول ، ديكساميثازون (DEX) ، أزاثيوبرين ، سيكلوفوسفاميد (Cyc) ، 2 ، 3 ، 7 ، 8-رباعي كلورو ثنائي بنزو- p- ديوكسين أو سيكلوسبورين أ قد يؤدي إلى تأثيرات سمية مناعية ، مما يؤدي إلى نقص الخلايا. موت الخلايا المبرمج وضمور الغدة الصعترية (88-92). يوفر هذا دليلًا على الآليات الجزيئية والأهداف الخلوية التي تشارك في كبت المناعة الناجم عن ضمور الغدة الصعترية. DEX عبارة عن مركب جلوكورتيكويد صناعي له نشاط قوي مضاد للالتهابات ، والذي يرتبط بآثار جانبية مهمة سريريًا تحد بشدة من استخدامه العلاجي. في دراسة سابقة ، تم إعطاء DEX (20 مجم / كجم) إلى C57Bl / 6 الفئران عن طريق الحقن داخل الصفاق ثم تم حصاد الغدة الصعترية بعد 5 أيام من العلاج. كشف تحليل أنسجة الغدة الصعترية عن استنفاد CD4 + CD8 + الخلايا التوتية الموجبة المزدوجة ، وانتظام IL-22 و IL-23 في الفئران البرية (93). في دراسة أخرى ، تم الإبلاغ عن cyclosporin A المثبط للمناعة للحث على تخفيضات واسعة النطاق في mTECs عالية التحمل لمنظم المناعة الذاتية (MHC class II) (mTEC عالية). كانت التأثيرات الأكثر تميزًا لتعرض Cyc و DEX هي التخفيضات الواسعة في الخلايا الصعترية والخلايا اللحمية ، وكما هو الحال مع السيكلوسبورين A ، استنفد بشدة mTEC التي تحفز التحمل (91).

التنبؤ بالأهداف الدوائية المحتملة على الغدة الصعترية باستخدام البروتينات

لا تزال الغدة الصعترية منطقة مجهولة إلى حد كبير تستدعي المزيد من التحقيق. أدى فهم دور الغدة الصعترية في تكوين الخلايا التائية والتوازن ، وفهم كيفية عمل هذه الأنظمة وما هي البروتينات التي تشارك فيها ، إلى زيادة الاهتمام بتكوين أعضاء الغدة الصعترية. يعد تطبيق بيولوجيا الأنظمة ، جنبًا إلى جنب مع الطرق التقليدية ، أمرًا ضروريًا للكشف عن الآليات الجزيئية الكامنة وراء التأثيرات (الناتجة عن الأدوية أو غير ذلك) على الغدة الصعترية وتحسينها. ستسمح هذه الأساليب بدراسة جوانب جديدة لوظيفة الغدة الصعترية وتساعد على فهم وظيفة الغدة الصعترية والتشكل والتطور. يمكن بعد ذلك استخدام هذه المعرفة لتحديد أهداف المخدرات المحتملة. بالإضافة إلى ذلك ، ستثبت هذه الطرق أنها مفيدة ليس فقط لدراسة وظيفة الجينات والبروتين في تكوين عضوية الغدة الصعترية ، ولكن أيضًا لتوضيح علاقة الأصل والنسب بين أنواع الخلايا الظهارية القشرية والنخية. في الآونة الأخيرة ، أثبتت الأساليب الحديثة لعلم الجينوميات الكيميائية ، وعلم الأيض ، وعلم الجينوم ، وعلم النسخ ، وعلم الجينوم الدوائي ، وعلم الأحياء الدقيقة والبروتيوميات أنها مفيدة في تحديد وتوصيف الآليات الجزيئية الكامنة وراء جميع جوانب العلوم الدوائية والعمليات الفسيولوجية ، وفي مجالات أخرى (94،95) ). لذلك ، تشير الدلائل إلى أنه يمكن استخدام البروتينات بشكل فعال في الدراسة المتعمقة للغدة الصعترية في نماذج مختلفة وحالات مرضية.

علم البروتينات هو دراسة واسعة النطاق للبروتينات ، ويسهل التحليل المنهجي لجزيئات البروتين في الأنظمة البيولوجية المعقدة. ركز Turiák et al (96) على التوصيف البروتيني للحويصلات المجهرية المشتقة من الخلايا الصعترية (MVs) والأجسام المبرمجة في الفئران BALB / c 195 و 142 بروتينًا في MVs والأجسام الأبوطوزية ، على التوالي. حددت هذه الدراسة السابقة أيضًا العديد من الجزيئات المعروفة بأنها تؤدي أدوارًا مهمة في الجهاز المناعي ، مثل MHCI و MHCII و CD5 و CD97 في MVs و CD45 في كلا النوعين من الحويصلات. وبالمثل ، استخدم Billing et al (97) تحليل التنميط البروتيني لقياس التأثيرات الجينومية غير الجينية وما يصاحبها من إجهاد ضبط النفس الحاد على الخلايا التوتية في الفئران. في السنوات الأخيرة ، تم تطوير عدة طرق للبروتينات الكمية النسبية والمطلقة. تشمل الأساليب الكمية الأكثر استخدامًا [الرحلان الكهربائي للهلام ثنائي الأبعاد ، الرحلان الكهربائي للهلام بالاختلاف (DIGE)] والطرق القائمة على الكروماتوغرافيا السائلة - قياس الطيف الكتلي (MS) (علامة التقارب المشفرة بالنظائر ، وسم النظائر المستقرة بالأحماض الأمينية في ثقافة الخلية ، علامات متساوية الضغط للكميات النسبية والمطلقة). تنقسم طرق البروتينات المستندة إلى MS عادةً إلى فئتين: الأساليب الخالية من الملصقات أو القائمة على الملصقات (98). يتم تطبيق أبحاث البروتيوميات على مجموعة واسعة من الأنظمة البيولوجية لدراسة البروتينات المعبر عنها تفاضليًا ، ولا سيما المرشحين لاكتشاف العلامات الحيوية والتحقق من صحتها ، وفهم عمليات المرض والبروتيوميات السريرية (99).والجدير بالذكر أنه في دراسة سابقة كمية ثنائية الأبعاد ثنائية الأبعاد مع امتصاص الليزر بمساعدة المصفوفة / زمن التأين للرحلة (TOF) / تم استخدام TOF MS لتحديد 108 بروتينات ذات مواقع فرعية خلوية تفاضلية في الخلايا التوتية الجرذان ، وقد تكون هذه هي الدراسة الأولى لتحديد التأثيرات السريعة لتنشيط ما تحت المهاد والغدة النخامية والكظرية الناجم عن الإجهاد على مستوى البروتين في الجسم الحي (97). وفقًا لفهمنا الحالي ، يؤدي علاج دوكسوروبيسين (DOX) إلى تنكس الغدة الصعترية. يتوافق تحليل البروتينات مع فكرة أن علاج DOX في الجسم الحي يؤدي إلى شيخوخة الغدة الصعترية (100). كما تم الإبلاغ عن Cyc للحث على كبت المناعة وضمور الغدة الصعترية. أشار التحليل البروتيني إلى أن المعالجة المحتملة ذات الصلة بالهدف قد تم تحريضها بعد علاج Cyc في الفئران (101). يخدم موت الخلايا المبرمج دورًا أساسيًا في تطوير ونضج الخلايا الليمفاوية التائية أثناء نضوج الغدة الصعترية للثدييات. أشارت التجارب إلى أنه تم تنظيم العديد من البروتينات بشكل مختلف في العصارة الخلوية لسلائف الخلايا التائية بإشارة من TCR ، كما تم تحديدها باستخدام التقنيات البروتينية (102). تم استخدام البروتيوميات على نطاق واسع لدراسة تفاعل الطور الحاد المستحث تجريبياً ، ودراسة العديد من نماذج الأمراض المرتبطة بالسرطان والأمراض الالتهابية (103،104). كشفت دراسة سابقة عن الآليات الخلوية والجزيئية باستخدام الأساليب البروتينية جنبًا إلى جنب مع تحليل المعلومات الحيوية (105). على الرغم من الاستخدام المتزايد للبروتيوميات ، تظل معرفة تفاعلات البروتين وشبكات المسار غير مكتملة إلى حد كبير ، ومع ذلك ، لا تزال البيانات التي تم إنشاؤها بواسطة البروتينات الكمية توفر رؤى قيمة (106).

الملاحظات الختامية

منذ أكثر من 50 عامًا ، أجرى ميلر (107) دراسات منوية على الوظيفة المناعية للغدة الصعترية باستخدام الفئران حديثي الولادة التي تم استئصال الغدة الصعترية منها. تم إثبات أهمية هذا العضو اللمفاوي الأساسي بسرعة ، حيث توفر الغدة الصعترية بيئة مكروية فريدة تخضع فيها الخلايا التائية أو الخلايا اللمفاوية التائية للتطور والتمايز والتوسع النسيلي أثناء التطور الفسيولوجي للجهاز المناعي. في السنوات الأخيرة ، كان هناك اهتمام ملحوظ بالارتباط بين الجهاز المناعي والغدة الصعترية ، مما أدى إلى نتائج تؤكد أن الغدة الصعترية تتمتع بوظيفة مناعية. تطور الجهاز المناعي ليشكل دفاعًا فعالًا ضد مسببات الأمراض ولتقليل الالتهاب الضار الناتج عن الكائنات الدقيقة المتعايشة ، والاستجابات المناعية ضد المستضدات الذاتية والبيئية ، والاضطرابات الالتهابية الأيضية. يبدو أن التثبيط بوساطة الخلايا التائية يعمل كآلية حيوية في التنظيم السلبي للالتهاب المناعي ، ويظهر بشكل بارز في اضطرابات المناعة الذاتية والالتهابات الذاتية ، والأمراض التي تسببها الفطريات والطفيليات والحساسية والالتهابات الحادة والمزمنة والسرطان و التهاب التمثيل الغذائي. تعتبر الخلايا T regs مهمة للباحثين في جهودهم لزيادة فعالية لقاحات السرطان ومتلازمة نقص المناعة المكتسب وأمراض المناعة الذاتية. إن اكتشاف أن Foxp3 هو عامل النسخ الذي يحدد سلالة الخلايا T regs سهّل التقدم الأخير في فهم بيولوجيا الخلايا T reg. قد توفر هذه النتائج أهدافًا جديدة لتطوير الأدوية اللاحقة.

هناك فهم متعمق على نحو متزايد للسيتوكينات وأنشطتها في المسارات البيولوجية. لذلك ، يعد الفهم المحسن لشبكة السيتوكين أمرًا ضروريًا لتحديد دور العديد من السيتوكينات الرئيسية ، ولتعديل وظيفة الغدة الصعترية. قد تكون السيتوكينات ، مثل ILs ، مفيدة في تحسين وظائف الغدة الصعترية ويمكن استخدامها لعلاج نقص المناعة أو أمراض المناعة الذاتية. تم الإبلاغ عن أن السيتوكينات ، بما في ذلك مستقبلات IL-6 و IL-7 و IL-10 و IL-22 ، تلعب دورًا تنظيميًا رئيسيًا في نمو الخلايا التائية وعمليات التمايز في الغدة الصعترية. يمكن التوسط في هذه السيتوكينات من خلال آليات تنظيمية ومسارات تأشير مختلفة لإنشاء تأثير وقائي على الغدة الصعترية. سيؤدي فهم هذه المسارات إلى زيادة فهم الآلية التنظيمية للغدة الصعترية وبيولوجيا الخلايا التائية ووظيفة السيتوكين المفرزة. حللت الدراسات السابقة آثار العلاج السيتوكيني كجدول تكميلي للعلاج التقليدي باستخدام بيتا جلوبيولين (108-110). أشارت النتائج إلى أن العلاج له تأثير إيجابي طويل المدى على الاستجابة المناعية ، مقارنة بالتدخلات العلاجية الأخرى. قد يكون مزيج من IFN-α2b والعوامل الصعترية وبيتا-الجلوبيولين وعامل تحفيز مستعمرة الخلايا الضامة المحببة واعدًا لعلاج نقص المناعة المتغير الشائع. بالإضافة إلى ذلك ، أفادت دراسة سابقة أن السيتوكينات لا تؤدي دورًا أساسيًا فقط أثناء التطور المبكر للخلايا التائية ، ولكنها أيضًا مسؤولة عن تطوير الخلايا الصعترية الأخرى ، مثل الخلايا التغصنية الغدة الصعترية ، المتولدة من السلائف المنتجة في نخاع العظام (32). في الوقت الحاضر ، المعلومات حول هذا الموضوع محدودة. يتمثل الاختلاف الأساسي بين إنتاج السيتوكين داخل الغدة الصعترية والأعضاء الطرفية في المستويات المختلفة للاعتماد على تنشيط الخلية ، وربما الحديث المتبادل ، اعتمادًا على بيئة وحالة السيتوكين.

قد توفر دراسة آليات الحماية اتجاهات جديدة في البحث وتطوير الأدوية لعلاج الضغوط المختلفة للغدة الصعترية ، بما في ذلك التقلص المناعي والضمور المناعي وتثبيط المناعة. كانت هناك تقارير عن العديد من الجزيئات الصغيرة التي لها تأثير وقائي على الغدة الصعترية ، بما في ذلك اللبتين و KGF و IL-22. استكشفت الدراسات أيضًا الآليات الجزيئية المعنية ، باستخدام الفئران في الغالب (70111). في مختلف نماذج الإجهاد الكيميائي وضمور الغدة الصعترية ، يمكن لهذه الجزيئات النشطة أن تعزز إعادة تشكيل الغدة الصعترية ، وتحمي الغدة الصعترية من بعض الضغوطات ، مثل تلك المرتبطة بالشيخوخة ، وكذلك الجوع ، والإشعاع ، والهرمونات ومثبطات المناعة. والجدير بالذكر أن الباحثين قد أحرزوا تقدمًا كبيرًا في دراسة الآليات العديدة التي تساهم في كبت المناعة وقدمت اتجاهًا مستقبليًا للبحث وطريقة جديدة لتطوير الأدوية المعدلة للمناعة (112). يجب ملاحظة أن هناك اختلافات بين التورم المناعي وضمور المناعة وتثبيط المناعة ، لذلك يجب معالجة هذه المواقف بشكل مختلف عند تطوير مسارات إشارات جزيئية محددة وفي تطوير الأدوية المستهدفة. قد يفيد تطوير عقاقير جديدة ، وأبحاث نقل الإشارات المتعلقة بهذه الآليات ، المرضى الذين يعانون من نقص المناعة ، في حالة مرضية ، أو مزيجًا ، لتقليل الآثار الجانبية للأدوية الأخرى على الغدة الصعترية.

خلال العقد الماضي ، أدى تطوير تكنولوجيا البروتينات والأهداف البروتينية لتوليد الأدوية وآليات فحص الأدوية إلى توفير أدوات جديدة للبحوث الطبية الحيوية (113،114). كانت هناك العديد من التقارير المتعلقة بآليات جزيء الغدة الصعترية باستخدام تقنية البروتينات ، لذلك تم إنشاء تحليل أكثر شمولاً لتغييرات البروتين في الغدة الصعترية في ظل ظروف مختلفة. هذا ، جنبًا إلى جنب مع قواعد بيانات وظائف الجزيئات ذات الصلة ، بما في ذلك UniProt ، وموسوعة كيوتو للجينات والجينوم وقاعدة بيانات Gene Ontology ، قد أتاح تحليل بيانات شبكة البروتين لفحص تفاعلات البروتين أو البروتين البروتيني المعروفة أو المتوقعة في الغدة الصعترية. . قد يسمح الفهم الأكبر للتنظيم المتبادل لجزيئات البروتين بالتنبؤ بأهداف الأدوية الجزيئية المحتملة ومسارات تطوير الدواء. قدمت دراسات البروتينات الحالية بعض المسارات لتنظيم البروتين لنقل الإشارة. هذه المسارات عبارة عن شبكات معقدة من أحداث الإشارات داخل الخلايا التي تؤدي في النهاية إلى ضغوط استجابة مناعية الغدة الصعترية. قد يوفر هذا الفهم طرقًا جديدة لعلاج الأمراض المناعية من خلال استهداف جزيئات بروتين الإجهاد في الغدة الصعترية ، وقد يكون مفيدًا في تحسين وظائف الغدة الصعترية. بشكل جماعي ، تشير هذه الدراسات إلى أن آليات العمل المعقدة بشكل ملحوظ الكامنة وراء التأثيرات المناعية في الغدة الصعترية هي هدف علاجي واعد لعلاج الجهاز المناعي.

شكر وتقدير

تم دعم هذه المراجعة من قبل صندوق العلماء الشباب التابع للمؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في الصين (المنحة رقم 81403395) ، ومكتب الطب الصيني التقليدي في مقاطعة غوانغدونغ [منحة لا. (2014) 539] وصندوق البحث المحدد لعلوم وتكنولوجيا الطب الصيني التقليدي في مستشفى مقاطعة قوانغدونغ للطب الصيني (رقم المنحة. YN2015QN09 و YN2016QJ11 و YN2015QN12).

مراجع

Gordon J و Manley NR: آليات تكوين أعضاء الغدة الصعترية والتشكل. تطوير. 138: 3865-378. 2011. عرض المقال: الباحث العلمي من Google: PubMed / NCBI


يوفر الجيل الثاني من الجينات المعدلة مزيدًا من المرونة

تسمح أدوات تحرير الجينوم الجديدة للعلماء الآن بتعديل الجينات الذاتية مع زيادة المرونة والسهولة ، ويتم استخدامها في المختبر بنتائج واعدة لتقليل القدرة الموجهة لناقلات البعوض (الشكل 2 د). تكمن مرونة هذه الأدوات في استخدام سلائف البروتين التي يمكن تصميمها لربط تسلسل الاهتمام داخل جينوم البعوض [11] - [13]. تم دمج وحدات إصبع الزنك المتكرر (ZF) ووحدات المستجيب الشبيه بمنشط النسخ (TALE) بنجاح في مجالات التحلل الداخلي للنووكلياز من النوع الثاني ، عادةً FokI ، لتوليد طفرات قاتلة ومطفرة [11] - [13] ، [34] (الشكل 2 هـ ، و). تتسبب هذه النيوكليزات المعدلة في حدوث فواصل في الحمض النووي مزدوجة الشريطة خاصة بالموقع والتي يمكن إصلاحها عن طريق مسار الالتحام غير المتماثل (NHEJ) ، وهو مسار إصلاح عرضة للخطأ ينتج عنه غالبًا إنقالات صغيرة. كدليل أساسي على المبدأ ، تم استخدام هذه التقنية لتوليد طفرات لونية للعين (الشكل 2 هـ) [11] ، ولكنها يمكن أن تساعد أيضًا في توضيح المسارات المهمة لكفاءة الناقل. على سبيل المثال ، تم استخدام TALE nucleases (TALENs) في ان. غامبيا لتوليد طفرات فارغة من بروتين يحتوي على ثيوستر 1 (TEP1) الجين ، وهو عامل يشبه المكمل يتألق المتصورة الطفيليات في المعى المتوسط ​​وتتوسط في قتلهم. وبالتالي ، فإن السلالات المتحولة شديدة التأثر المتصورة [13] ، وعلى الرغم من عدم قابليتها للتوظيف بشكل مباشر لمكافحة الملاريا ، إلا أنها تسمح بإجراء تحليلات جينية مفصلة لمضاداتالمتصورة مسارات المناعة. وبالمثل ، فإن نوكلياز إصبع الزنك (ZFN) بوساطة الضربة القاضية للمستقبل المشترك لمستقبل الرائحة (ORCO) في الزهره. مصرية مكنت من تحليل المسارات التي تدخل في سلوك البحث عن المضيف لتغذية الدم [12] ، وفتح طرقًا جديدة لتطوير طارد البعوض والجاذبات. في دراسة أخرى ، CO2 رد الزهره. مصرية تم تحليل البعوض في طفرات لها عيب في AaegGr3 الجين ، الذي يشفر وحدة فرعية من ثاني أكسيد الكربون غير المتجانسة2 مستقبل ، يساهم في فهمنا لجذب البعوض للبشر [34]. تم إنشاء هذا الطافرة ، وهي الضربة الأولى التي يتم الإبلاغ عنها في البعوض ، عن طريق الإدخال التخريبي لجين مراسل الفلوريسنت في AeagGr3 المكان. يمكن أيضًا استخدام تقنية الضربة القاضية هذه لتسهيل إدخال علامات البروتين داخل الإطار في الجينات ذات الأهمية ، مما يتيح أيضًا دراسة المسارات المعقدة في البعوض (الشكل 2 و).

كما تم استخدام نوكليازات الزرع (HEGs) بنجاح لمعالجة جينوم البعوض [32] ، [54] ، [55]. إن HEGs عبارة عن DNases مزدوجة الشريطة تستهدف مواقع التعرف غير المتماثلة الكبيرة (12 إلى 40 نقطة أساس) والتي نادرًا ما تحدث في الجينوم [56]. ان. غامبيا تم إنشاء سلالات تعبر عن I-Ppoأنا ، HEG الذي يتعرف ويقطع موقعًا في جين rDNA متعدد النسخ ، والذي يقع في هذا النوع حصريًا على كروموسوم X [35] ، [57]. عندما-Ppoيتم التعبير عني على وجه التحديد أثناء تكوين الحيوانات المنوية ، فهو يشق هذه التسلسلات المستهدفة المتعددة مما يؤدي إلى تمزيق كروموسومات الأب في خلايا الحيوانات المنوية [35] ، [57]. كانت هذه الميزة تهدف في الأصل إلى توليد مجموعات سكانية مقتصرة على الذكور فقط عن طريق منع الآباء من نقل كروموسوم X إلى الأجنة ، لكنني-Ppoيحث التعبير I في خلايا الحيوانات المنوية على الموت الجنيني الكامل ، ربما نتيجة لتمزيق كروموسوم الأم X عند النقل غير المقصود للإنزيم إلى الجنين [57]. تؤدي هذه السلالات إلى مستوى عالٍ من العقم في تجارب الأقفاص الكبيرة ، كما نناقش أدناه [58]. نسخة محسنة من هذه السلالات ، والتي تحمل نسخة أقل ثباتًا للحرارة من I-PpoI مع تقليلها في الجسم الحي تم إنشاء نصف العمر ، وهو نشط بدلاً من ذلك في الخصيتين فقط ، مما يتسبب في تمزيق محدد لكروموسوم الأب X في الحيوانات المنوية دون التأثير المباشر على الجنين [35] (الشكل 2 ز). تنتج سلالات تشويه الجنس الناتجة ذرية ذكور تبلغ 95٪ ، وهي قادرة على قمع تجمعات البعوض من النوع البري في أقفاص المختبرات [35].


1.2 مواضيع ومفاهيم علم الأحياء

بنهاية هذا القسم ، ستكون قادرًا على القيام بما يلي:

  • تحديد ووصف خصائص الحياة
  • صف مستويات التنظيم بين الكائنات الحية
  • التعرف على شجرة النشوء والتطور وتفسيرها
  • سرد أمثلة للتخصصات الفرعية المختلفة في علم الأحياء

علم الأحياء هو العلم الذي يدرس الحياة ، ولكن ما هي الحياة بالضبط؟ قد يبدو هذا وكأنه سؤال سخيف مع إجابة واضحة ، ولكن ليس من السهل دائمًا تحديد الحياة. على سبيل المثال ، يدرس فرع من فروع علم الأحياء يسمى علم الفيروسات الفيروسات ، والتي تظهر بعض خصائص الكائنات الحية ولكنها تفتقر إلى أخرى. على الرغم من أن الفيروسات يمكنها مهاجمة الكائنات الحية ، وتسبب الأمراض ، بل وحتى التكاثر ، إلا أنها لا تستوفي المعايير التي يستخدمها علماء الأحياء لتحديد الحياة. وبالتالي ، فإن علماء الفيروسات ليسوا علماء أحياء ، بالمعنى الدقيق للكلمة. وبالمثل ، يدرس بعض علماء الأحياء التطور الجزيئي المبكر الذي أدى إلى نشوء الحياة. نظرًا لأن الأحداث التي سبقت الحياة ليست أحداثًا بيولوجية ، فقد تم استبعاد هؤلاء العلماء أيضًا من علم الأحياء بالمعنى الدقيق للكلمة.

منذ بداياتها الأولى ، تصارع علم الأحياء مع ثلاثة أسئلة: ما هي الخصائص المشتركة التي تجعل شيئًا ما "حيًا"؟ بمجرد أن نعرف أن شيئًا ما على قيد الحياة ، كيف نجد مستويات ذات مغزى من التنظيم في هيكله؟ أخيرًا ، عندما نواجه التنوع الملحوظ في الحياة ، كيف ننظم الأنواع المختلفة من الكائنات حتى نتمكن من فهمها بشكل أفضل؟ بينما يكتشف العلماء كائنات حية جديدة كل يوم ، يواصل علماء الأحياء البحث عن إجابات لهذه الأسئلة وغيرها.

خواص الحياة

تشترك جميع الكائنات الحية في العديد من الخصائص أو الوظائف الرئيسية: الترتيب ، والحساسية أو الاستجابة للبيئة ، والتكاثر ، والتكيف ، والنمو والتنمية ، والتنظيم / الاستتباب ، ومعالجة الطاقة ، والتطور. عند النظر إليها معًا ، تعمل هذه الخصائص الثمانية على تحديد الحياة.

ترتيب

الكائنات الحية عبارة عن هياكل عالية التنظيم ومنسقة تتكون من خلية واحدة أو أكثر. حتى الكائنات الحية أحادية الخلية البسيطة جدًا معقدة بشكل ملحوظ: داخل كل خلية ، تشتمل الذرات على جزيئات. وتشتمل هذه بدورها على عضيات خلوية وإدخالات خلوية أخرى. في الكائنات متعددة الخلايا (الشكل 1.10) ، تشكل الخلايا المماثلة الأنسجة. الأنسجة ، بدورها ، تتعاون لتكوين أعضاء (هياكل جسم ذات وظيفة مميزة). تعمل الأعضاء معًا لتشكيل أجهزة الأعضاء.

الحساسية أو الاستجابة للمنبهات

الكائنات الحية تستجيب لمحفزات متنوعة. على سبيل المثال ، يمكن للنباتات أن تنحني باتجاه مصدر الضوء ، أو تتسلق الأسوار والجدران ، أو تستجيب للمس (الشكل 1.11). حتى البكتيريا الصغيرة يمكنها التحرك باتجاه المواد الكيميائية أو بعيدًا عنها (وهي عملية تسمى انجذاب كيميائي) أو ضوء (انجذاب ضوئي). الحركة نحو الحافز هي استجابة إيجابية ، في حين أن الابتعاد عن الحافز هو استجابة سلبية.

ارتباط بالتعلم

شاهد هذا الفيديو لترى كيف تستجيب النباتات للمنبهات - من الفتح إلى الضوء ، إلى التفاف اللحن حول فرع ، إلى اصطياد الفريسة.

التكاثر

تتكاثر الكائنات وحيدة الخلية عن طريق تكرار الحمض النووي الخاص بها أولاً ، ثم تقسيمه بالتساوي مع استعداد الخلية للانقسام لتشكيل خليتين جديدتين. غالبًا ما تنتج الكائنات متعددة الخلايا خلايا إنجابية متخصصة - الأمشاج وخلايا البويضات والحيوانات المنوية. بعد الإخصاب (اندماج البويضة وخلية الحيوانات المنوية) ، يتطور فرد جديد. عندما يحدث التكاثر ، يتم تمرير الجينات المحتوية على الحمض النووي إلى نسل الكائن الحي. تضمن هذه الجينات أن النسل سينتمي إلى نفس النوع وسيكون له خصائص متشابهة ، مثل الحجم والشكل.

التكيف

تظهر جميع الكائنات الحية "ملائمة" لبيئتها. يشير علماء الأحياء إلى هذا التوافق على أنه التكيف ، وهو نتيجة للتطور عن طريق الانتقاء الطبيعي ، الذي يعمل في كل سلالة من الكائنات الحية المتكاثرة. أمثلة على التكيفات متنوعة وفريدة من نوعها ، من العتائق المقاومة للحرارة التي تعيش في الينابيع الساخنة المغلية إلى طول لسان عثة تغذي الرحيق الذي يتناسب مع حجم الزهرة التي تتغذى منها. تعزز التكيفات القدرة الإنجابية للأفراد الذين يعرضونها ، بما في ذلك قدرتهم على البقاء على قيد الحياة للتكاثر. التكيفات ليست ثابتة. مع تغير البيئة ، يتسبب الانتقاء الطبيعي في أن تتبع خصائص الأفراد في المجتمع تلك التغييرات.

النمو والتنمية

تنمو الكائنات الحية وتتطور نتيجة تقديم الجينات لتعليمات محددة من شأنها توجيه نمو الخلايا وتطورها. هذا يضمن أن صغار النوع (الشكل 1.12) سوف يكبرون لإظهار العديد من نفس الخصائص مثل آبائهم.

اللائحة / الاستتباب

حتى أصغر الكائنات الحية معقدة وتتطلب آليات تنظيمية متعددة لتنسيق الوظائف الداخلية ، والاستجابة للمنبهات ، والتعامل مع الضغوط البيئية. مثالان على الوظائف الداخلية التي يتم تنظيمها في الكائن الحي هما نقل المغذيات وتدفق الدم. تؤدي الأعضاء (مجموعات الأنسجة التي تعمل معًا) وظائف محددة ، مثل حمل الأكسجين في جميع أنحاء الجسم ، وإزالة الفضلات ، وتوصيل العناصر الغذائية إلى كل خلية ، وتبريد الجسم.

من أجل العمل بشكل صحيح ، تتطلب الخلايا ظروفًا مناسبة مثل درجة الحرارة المناسبة ، ودرجة الحموضة ، والتركيز المناسب للمواد الكيميائية المتنوعة. ومع ذلك ، قد تتغير هذه الشروط من لحظة إلى أخرى. الكائنات الحية قادرة على الحفاظ على الظروف الداخلية ضمن نطاق ضيق بشكل مستمر تقريبًا ، على الرغم من التغيرات البيئية ، من خلال الاستتباب (حرفيا ، "الحالة المستقرة"). على سبيل المثال ، يحتاج الكائن الحي إلى تنظيم درجة حرارة الجسم من خلال عملية التنظيم الحراري. الكائنات الحية التي تعيش في المناخات الباردة ، مثل الدب القطبي (الشكل 1.13) ، لها هياكل جسدية تساعدها على تحمل درجات الحرارة المنخفضة والحفاظ على حرارة الجسم. الهياكل التي تساعد في هذا النوع من العزل تشمل الفراء والريش والدهون. في المناخات الحارة ، تمتلك الكائنات الحية طرقًا (مثل العرق عند البشر أو تلهث الكلاب) تساعدهم على التخلص من حرارة الجسم الزائدة.

معالجة الطاقة

تستخدم جميع الكائنات الحية مصدرًا للطاقة لأنشطتها الأيضية. تلتقط بعض الكائنات الحية الطاقة من الشمس وتحولها إلى طاقة كيميائية في الطعام. يستخدم البعض الآخر الطاقة الكيميائية في الجزيئات التي يتناولونها كغذاء (الشكل 1.14).

تطور

تنوع الحياة على الأرض هو نتيجة للطفرات أو التغيرات العشوائية في المواد الوراثية بمرور الوقت.تسمح هذه الطفرات بإمكانية تكيف الكائنات الحية مع البيئة المتغيرة. الكائن الحي الذي يطور خصائص مناسبة للبيئة سيكون له نجاح تناسلي أكبر ، يخضع لقوى الانتقاء الطبيعي.

مستويات تنظيم الكائنات الحية

الكائنات الحية منظمة للغاية وهيكلية ، وفقًا لتسلسل هرمي يمكننا فحصه على مقياس من الصغير إلى الكبير. الذرة هي أصغر وحدة أساسية في المادة وتحتفظ بخصائص العنصر. يتكون من نواة محاطة بالإلكترونات. الذرات تشكل الجزيئات. الجزيء عبارة عن بنية كيميائية تتكون من ذرتين على الأقل مرتبطة ببعضها البعض بواسطة رابطة كيميائية واحدة أو أكثر. العديد من الجزيئات المهمة بيولوجيًا هي جزيئات كبيرة ، وهي جزيئات كبيرة تتشكل عادةً عن طريق البلمرة (البوليمر هو جزيء كبير يتم تكوينه من خلال الجمع بين وحدات أصغر تسمى المونومرات ، وهي أبسط من الجزيئات الكبيرة). مثال على الجزيء الكبير هو الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين (DNA) (الشكل 1.15) ، والذي يحتوي على تعليمات لبنية وعمل جميع الكائنات الحية.

ارتباط بالتعلم

شاهد هذا الفيديو الذي يحرك البنية ثلاثية الأبعاد لجزيء الحمض النووي في الشكل 1.15.

تحتوي بعض الخلايا على تجمعات من الجزيئات الكبيرة المحاطة بأغشية. نسمي هذه العضيات. العضيات هي هياكل صغيرة توجد داخل الخلايا. تشمل أمثلة العضيات الميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء ، التي تؤدي وظائف لا غنى عنها: تنتج الميتوكوندريا الطاقة لتشغيل الخلية ، بينما تمكن البلاستيدات الخضراء النباتات الخضراء من الاستفادة من الطاقة في ضوء الشمس لصنع السكريات. جميع الكائنات الحية مصنوعة من الخلايا. الخلية نفسها هي أصغر وحدة أساسية في التركيب والوظيفة في الكائنات الحية. (هذا المطلب هو سبب عدم اعتبار العلماء للفيروسات حية: فهي ليست مكونة من خلايا. ولصنع فيروسات جديدة ، يتعين عليهم غزو آلية التكاثر للخلية الحية واختطافها. وعندها فقط يمكنهم الحصول على المواد التي يحتاجونها للتكاثر. ) تتكون بعض الكائنات الحية من خلية واحدة والبعض الآخر متعدد الخلايا. يصنف العلماء الخلايا على أنها بدائية النواة أو حقيقية النواة. بدائيات النوى هي كائنات أحادية الخلية أو مستعمرة لا تحتوي على نوى مرتبطة بالغشاء. في المقابل ، تحتوي خلايا حقيقيات النوى على عضيات مرتبطة بالغشاء ونواة مرتبطة بالغشاء.

في الكائنات الحية الأكبر ، تتحد الخلايا لتكوين الأنسجة ، وهي مجموعات من الخلايا المتشابهة تؤدي وظائف مماثلة أو ذات صلة. الأعضاء عبارة عن مجموعات من الأنسجة مجمعة معًا تؤدي وظيفة مشتركة. توجد الأعضاء ليس فقط في الحيوانات ولكن أيضًا في النباتات. نظام الأعضاء هو مستوى أعلى من التنظيم يتكون من أعضاء مرتبطة وظيفيًا. للثدييات العديد من أجهزة الجسم. على سبيل المثال ، يقوم الجهاز الدوري بنقل الدم عبر الجسم ومن وإلى الرئتين. ويشمل أعضاء مثل القلب والأوعية الدموية. الكائنات الحية هي كيانات فردية حية. على سبيل المثال ، كل شجرة في الغابة هي كائن حي. بدائيات النوى وحيدة الخلية وحقيقيات النوى أحادية الخلية هي أيضًا كائنات حية ، والتي يطلق عليها علماء الأحياء عادة الكائنات الحية الدقيقة.

يطلق علماء الأحياء بشكل جماعي على جميع أفراد نوع يعيش في منطقة معينة مجموعة سكانية. على سبيل المثال ، قد تحتوي الغابة على العديد من أشجار الصنوبر ، والتي تمثل عدد سكان أشجار الصنوبر في هذه الغابة. قد تعيش مجموعات سكانية مختلفة في نفس المنطقة المحددة. على سبيل المثال ، تشتمل الغابة التي بها أشجار الصنوبر على مجموعات من النباتات المزهرة والحشرات والمجموعات الميكروبية. المجتمع هو مجموع السكان الذين يسكنون منطقة معينة. على سبيل المثال ، تشكل جميع الأشجار والزهور والحشرات والمجموعات السكانية الأخرى في الغابة مجتمع الغابة. الغابة نفسها هي نظام بيئي. يتكون النظام البيئي من جميع الكائنات الحية في منطقة معينة مع الأجزاء اللاأحيائية وغير الحية من تلك البيئة مثل النيتروجين في التربة أو مياه الأمطار. على أعلى مستوى من التنظيم (الشكل 1.16) ، المحيط الحيوي هو مجموعة من جميع النظم البيئية ، ويمثل مناطق الحياة على الأرض. وهي تشمل الأرض والماء وحتى الغلاف الجوي إلى حد ما.

اتصال مرئي

أي من العبارات التالية غير صحيح؟

  1. توجد الأنسجة داخل الأعضاء الموجودة داخل أنظمة الأعضاء.
  2. توجد المجتمعات داخل السكان التي توجد داخل النظم البيئية.
  3. توجد العضيات داخل الخلايا الموجودة داخل الأنسجة.
  4. توجد المجتمعات داخل النظم البيئية الموجودة في المحيط الحيوي.

تنوع الحياة

حقيقة أن علم الأحياء ، كعلم ، له مثل هذا النطاق الواسع له علاقة بالتنوع الهائل للحياة على الأرض. مصدر هذا التنوع هو التطور ، عملية التغيير التدريجي في مجموعة أو الأنواع بمرور الوقت. يدرس علماء الأحياء التطورية تطور الكائنات الحية في كل شيء من العالم المجهري إلى النظم البيئية.

يمكن لشجرة النشوء والتطور (الشكل 1.17) أن تلخص تطور أشكال الحياة المختلفة على الأرض. إنه رسم بياني يوضح العلاقات التطورية بين الأنواع البيولوجية بناءً على أوجه التشابه والاختلاف في السمات الجينية أو الفيزيائية أو كليهما. تشكل العقد والفروع شجرة نسج. تمثل العقد الداخلية أسلافًا وهي نقاط في التطور عندما يعتقد الباحثون ، بناءً على الأدلة العلمية ، أن السلف قد تباعد ليشكل نوعين جديدين. يتناسب طول كل فرع مع الوقت المنقضي منذ الانقسام.

اتصال التطور

كارل ووز وشجرة النشوء والتطور

في الماضي ، صنف علماء الأحياء الكائنات الحية في خمس ممالك: الحيوانات والنباتات والفطريات والطلائعيات والبكتيريا. لقد أسسوا المخطط التنظيمي بشكل أساسي على السمات الفيزيائية ، على عكس علم وظائف الأعضاء أو الكيمياء الحيوية أو البيولوجيا الجزيئية ، وكلها تستخدم علم اللاهوت النظامي الحديث. أظهر العمل الرائد لعالم الأحياء الدقيقة الأمريكي كارل ووز في أوائل السبعينيات أن الحياة على الأرض قد تطورت على طول ثلاث سلالات ، تسمى الآن المجالات - البكتيريا ، والعتائق ، والحقيقي. النوعان الأولان هما خلايا بدائية النواة بها ميكروبات تفتقر إلى نوى وعضيات محاطة بالغشاء. يحتوي المجال الثالث على حقيقيات النوى ويتضمن الكائنات الحية الدقيقة أحادية الخلية (الطلائعيات) ، جنبًا إلى جنب مع الممالك الثلاث المتبقية (الفطريات والنباتات والحيوانات). عرّف Woese Archaea كمجال جديد ، وقد أدى ذلك إلى ظهور شجرة تصنيفية جديدة (الشكل 1.17). تعيش العديد من الكائنات الحية التي تنتمي إلى مجال الأركيا في ظروف قاسية وتسمى الكائنات الحية المتطرفة. لبناء شجرته ، استخدم ووز العلاقات الجينية بدلاً من أوجه التشابه القائمة على التشكل (الشكل).

بنى Woese شجرته من تسلسل الجينات المقارن الموزع عالميًا والموجود في كل كائن حي ، وحفظه (بمعنى أن هذه الجينات ظلت دون تغيير جوهريًا طوال التطور). كان نهج Woese ثوريًا لأن مقارنة السمات الفيزيائية غير كافية للتمييز بين بدائيات النوى التي تبدو متشابهة إلى حد ما على الرغم من تنوعها الكيميائي الحيوي الهائل والتنوع الجيني (الشكل 1.18). زودت مقارنة تسلسلات الرنا الريباسي Woese بجهاز حساس كشف التباين الواسع في بدائيات النوى ، والذي برر فصل بدائيات النوى إلى مجالين: البكتيريا والعتائق.

فروع الدراسة البيولوجية

نطاق علم الأحياء واسع وبالتالي يحتوي على العديد من الفروع والتخصصات الفرعية. قد يتابع علماء الأحياء أحد هذه التخصصات الفرعية ويعملون في مجال أكثر تركيزًا. على سبيل المثال ، تدرس البيولوجيا الجزيئية والكيمياء الحيوية العمليات البيولوجية على المستوى الجزيئي والكيميائي ، بما في ذلك التفاعلات بين الجزيئات مثل DNA و RNA والبروتينات ، بالإضافة إلى طريقة تنظيمها. علم الأحياء الدقيقة ، دراسة الكائنات الحية الدقيقة ، هو دراسة بنية ووظيفة الكائنات وحيدة الخلية. إنه فرع واسع بحد ذاته ، واعتمادًا على موضوع الدراسة ، هناك أيضًا علماء فيزيولوجيا ميكروبية ، وعلماء بيئة ، وعلماء وراثة ، من بين آخرين.

الاتصال الوظيفي

عالم في الطب الشرعي

علم الطب الشرعي هو تطبيق العلم للإجابة على الأسئلة المتعلقة بالقانون. يمكن لعلماء الأحياء وكذلك الكيميائيين والكيميائيين الحيوية أن يكونوا علماء الطب الشرعي. يقدم علماء الطب الشرعي أدلة علمية لاستخدامها في المحاكم ، وتشمل وظيفتهم فحص المواد النزرة المرتبطة بالجرائم. ازداد الاهتمام بعلوم الطب الشرعي في السنوات القليلة الماضية ، ربما بسبب البرامج التلفزيونية الشهيرة التي يظهر فيها علماء الطب الشرعي أثناء العمل. كما أدى تطوير التقنيات الجزيئية وإنشاء قواعد بيانات الحمض النووي إلى توسيع أنواع العمل الذي يمكن لعلماء الطب الشرعي القيام به. ترتبط أنشطتهم الوظيفية في المقام الأول بالجرائم ضد الأشخاص مثل القتل والاغتصاب والاعتداء. يتضمن عملهم تحليل عينات مثل الشعر والدم وسوائل الجسم الأخرى وكذلك معالجة الحمض النووي (الشكل 1.19) الموجود في العديد من البيئات والمواد المختلفة. يقوم علماء الطب الشرعي أيضًا بتحليل الأدلة البيولوجية الأخرى التي تُركت في مسرح الجريمة ، مثل يرقات الحشرات أو حبوب اللقاح. سيتعين على الطلاب الذين يرغبون في ممارسة وظائف في علم الطب الشرعي على الأرجح أن يأخذوا دورات في الكيمياء والأحياء بالإضافة إلى بعض دورات الرياضيات المكثفة.

مجال آخر للدراسة البيولوجية ، علم الأحياء العصبي ، يدرس بيولوجيا الجهاز العصبي ، وعلى الرغم من أنه فرع من فروع علم الأحياء ، إلا أنه أيضًا مجال دراسة متعدد التخصصات يُعرف باسم علم الأعصاب. نظرًا لطبيعته متعددة التخصصات ، يدرس هذا التخصص الفرعي وظائف الجهاز العصبي المختلفة باستخدام الأساليب الجزيئية والخلوية والتنموية والطبية والحاسوبية.

يستخدم علم الأحافير ، وهو فرع آخر من فروع علم الأحياء ، الحفريات لدراسة تاريخ الحياة (الشكل 1.20). علم الحيوان وعلم النبات هما دراسة الحيوانات والنباتات على التوالي. يمكن لعلماء الأحياء أيضًا أن يتخصصوا كخبراء في التكنولوجيا الحيوية أو علماء البيئة أو علماء وظائف الأعضاء ، على سبيل المثال لا الحصر. هذه مجرد عينة صغيرة من العديد من المجالات التي يمكن لعلماء الأحياء متابعتها.

علم الأحياء هو تتويج لإنجازات العلوم الطبيعية من بدايتها إلى اليوم. المثير في الأمر أنها مهد العلوم الناشئة ، مثل بيولوجيا نشاط الدماغ ، والهندسة الوراثية للكائنات المخصصة ، وبيولوجيا التطور التي تستخدم الأدوات المختبرية للبيولوجيا الجزيئية لاستعادة المراحل الأولى من الحياة على الأرض. مسح لعناوين الأخبار - سواء كانت التقارير عن التحصينات ، أو الأنواع المكتشفة حديثًا ، أو المنشطات الرياضية ، أو الغذاء المعدل وراثيًا - يوضح الطريقة التي تنشط بها البيولوجيا في عالمنا اليومي ومهمته.

بصفتنا مشاركًا في Amazon ، فإننا نكسب من عمليات الشراء المؤهلة.

هل تريد الاستشهاد بهذا الكتاب أو مشاركته أو تعديله؟ هذا الكتاب هو Creative Commons Attribution License 4.0 ويجب أن تنسب OpenStax.

    إذا كنت تعيد توزيع هذا الكتاب كله أو جزء منه بتنسيق طباعة ، فيجب عليك تضمين الإسناد التالي في كل صفحة مادية:

  • استخدم المعلومات أدناه لتوليد اقتباس. نوصي باستخدام أداة استشهاد مثل هذه.
    • المؤلفون: ماري آن كلارك ، ماثيو دوغلاس ، جونغ تشوي
    • الناشر / الموقع الإلكتروني: OpenStax
    • عنوان الكتاب: Biology 2e
    • تاريخ النشر: 28 مارس 2018
    • المكان: هيوستن ، تكساس
    • عنوان URL للكتاب: https://openstax.org/books/biology-2e/pages/1-introduction
    • عنوان URL للقسم: https://openstax.org/books/biology-2e/pages/1-2-themes-and-concepts-of-biology

    © 7 يناير 2021 OpenStax. محتوى الكتاب المدرسي الذي تنتجه OpenStax مرخص بموجب ترخيص Creative Commons Attribution License 4.0. لا يخضع اسم OpenStax وشعار OpenStax وأغلفة كتب OpenStax واسم OpenStax CNX وشعار OpenStax CNX لترخيص المشاع الإبداعي ولا يجوز إعادة إنتاجه دون الحصول على موافقة كتابية مسبقة وصريحة من جامعة رايس.