Cercetătorii de la MSU creează un instrument pentru observarea în timp real a coregrafiei moleculare
O mulțime de lucruri trebuie să funcționeze corect la nivel molecular pentru ca celulele imune să inițieze un răspuns adaptativ în fața unei infecții.
Celulele B pot produce diferite clase de anticorpi adaptați pentru infecții specifice printr-un proces controlat de deteriorare și reparare a ADN-ului, care alterează informația genetică necesară pentru a codifica anticorpii. Când acest proces este defectuos, poate genera mutații sau reorganizări genice care favorizează formarea tumorilor.
În premieră, cercetătorii de la MSU au dezvoltat un instrument care permite observarea acestei coregrafii moleculare complexe în timp real. Studiul lor, publicat pe 23 iunie în revista Molecular Cell, aduce claritate asupra uneia dintre misterele persistente ale procesului: cum o proteină cheie localizează regiunile corecte ale genomului celulelor imune pentru a iniția răspunsul adaptativ.
Studiul a fost condus de Mariia Mikhova, care a fost asistent de cercetare la Universitatea de Stat din Michigan în cadrul Departamentului de Biochimie și Biologie Moleculară, și acum desfășoară lucrări postdoctorale la Spitalul de Copii din Boston. Mikhova a fost supervizată de Jens Schmidt, asociat la Institutul pentru Științe de Sănătate Cantitative și în Departamentul de Medicină Umană al MSU, și Kefei Yu, profesor în cadrul Colegiilor de Medicină Umană și Științe Naturale, Departamentul de Microbiologie, Genetică și Imunologie.
Echipa a examinat modul în care o proteină mutatoare a ADN-ului – deaminaza de citidină indusă de activare, sau AID – este recrutată către site-uri specifice ale genomului celulelor B pentru a iniția un eveniment de recombinare a ADN-ului numit recombinare prin schimb de clasă, care permite celulelor B să schimbe clasa anticorpilor pe care îi produc.
Întrebarea care a rămas, a spus Yu, a fost: „Cum știe această proteină când și unde trebuie să meargă?”
Pentru a răspunde la această întrebare, echipa a folosit o tehnică de microscopie dezvoltată anterior de Schmidt pentru a observa molecule individuale în timp real. Folosind celule de șoarece editate de Yu, abordarea inovatoare le-a permis să urmărească mișcarea AID în celule vii.
Imaginile celulelor B, care sunt maleabile și mobile, au complicat procesul de imagistică. Schmidt i-a recunoscut contribuția lui Mikhova, care a conceput o tehnică folosind o centrifugă pentru a presa celulele împotriva sticlei, permițând o perioadă de imagistică înainte ca acestea să iasă din câmpul vizual.
„Mariia, care practic a realizat toate experimentele de imagistică, a trebuit să parcurgă și să imagineze multe, multe celule pentru a observa aceste evenimente rare,” a spus Schmidt. „A fost cu adevărat un efort heroic din partea ei.”
Capacitatea de a observa imagistica în timp real este „ca și cum ai viziona un film,” a spus Yu.
„Și pentru că te uiți la molecule individuale într-o celulă vie, este foarte diferit de testele convenționale, unde analizezi un rezumat al miilor sau chiar zecilor de mii de evenimente,” a adăugat el.
Studiul propune că transcripția – crearea unei copii ARN a secvenței ADN a unui gen – produce un „hub ARN dinamic” la regiunile de schimb specifice ale genomului.
„Ai această norișoară de ARN din cauza transcripției active,” a explicat Schmidt. „Știam că AID îi place să se leagă de ARN. Este extrem de specific. Se află doar în aceste regiuni de schimb. Și, prin urmare, este ca un far de orientare.”
Odată ce acest legământ are loc, AID poate apoi să vizeze ADN-ul din apropiere, astfel încât genomul să se rupă în locul corect pentru a permite recombinarea prin schimb de clasă.
„Cred că această idee că hub-ul ARN reunește AID ar fi o modalitate foarte elegantă pentru celulă de a se asigura că AID merge doar acolo unde trebuie și nu vizează alte lucruri unde ar putea provoca daune,” a spus Schmidt.
Cercetarea a beneficiat de sprijinul a două granturi de la Institutul Național de Sănătate: un premiu pentru inovatori noi pentru Schmidt și un grant pentru proiecte de cercetare pentru Yu. De asemenea, au fost anunțați recent cu privire la un fond suplimentar de 2.863.560 USD de la NIH pentru a continua acest proiect în următorii patru ani.
Rămân multe de explorat, iar descoperirile inițiale au multiple implicații pentru cercetări viitoare. Acestea includ examinarea motivelor pentru care anumiți pacienți umani nu reușesc să producă anumite clase de anticorpi, de ce compromiterea schimbului de clasă a anticorpilor contribuie la problemele de alergii sau autoimunitate, și cum efectele colaterale ale AID pot duce la tumori ale celulelor B.
„Există multe lucruri pe care încă nu le înțelegem, dar studiul nostru a stabilit o platformă pentru a analiza mai departe mecanismul de țintire al acestei proteine importante în imunologie și, de asemenea, în dezvoltarea cancerului,” a spus Yu. „Așadar, acum avem un nou set de instrumente pe care nimeni nu le-a avut.”
