به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، فاکتور نکروز تومور آلفا (TNF-α) یکی از مهم‌ترین مولکول‌های پیام‌رسان در تنظیم پاسخ‌های التهابی و ایمنی بدن است. این پروتئین می‌تواند مجموعه‌ای از واکنش‌های سلولی را فعال کند که در شرایط طبیعی به دفاع در برابر عوامل بیماری‌زا، تنظیم فعالیت سلول‌های ایمنی و حفظ تعادل بافت‌ها کمک می‌کنند. بااین‌حال، همین پیام‌رسان در شرایط خاص قادر است مرگ سلولی را نیز آغاز کند. فرایندی که اگر به‌شکل کنترل‌نشده رخ دهد، می‌تواند به آسیب بافتی و تشدید التهاب منجر شود. پرسش اساسی این است که سلول چگونه تصمیم می‌گیرد پیام دریافتی از TNF را به‌عنوان فرمانی برای بقا تفسیر کند یا آن را به محرکی برای آغاز مرگ تبدیل سازد. پژوهشی منتشرشده، سازوکار مولکولی تازه‌ای را برای پاسخ به این پرسش معرفی کرده است. یافته‌های این مطالعه نشان می‌دهند که آنزیم HERC4 با ایجاد تغییر شیمیایی مشخصی در پروتئینRIPK1، زمینه لازم را برای فعال‌شدن مسیرهای مرگ سلولی فراهم می‌کند. این کشف، حلقه مهمی از ارتباط میان پیام‌رسانی التهابی، تنظیم پروتئین‌ها و مرگ سلولی را روشن می‌کند و توضیح دقیق‌تری از چگونگی تغییر نقشRIPK1 در پاسخ به سیگنال‌های TNF ارائه می‌دهد.

دو مسیر متفاوت در پاسخ به یک پیام‌رسان

برای درک اهمیت این یافته، باید به گیرنده نوع یک فاکتور نکروز تومور، موسوم به TNFR1، توجه کرد. اتصالTNF به این گیرنده می‌تواند مجموعه‌ای از پروتئین‌های پیام‌رسان را در سطح غشای سلول گرد هم آورد که به آن مجموعه سیگنال‌دهی یک یا کمپلکس I گفته می‌شود. این مجموعه با فعال‌سازی مسیرهایی مانند NF-κB، بیان ژن‌های مرتبط با التهاب، پاسخ ایمنی و بقای سلول را تنظیم می‌کند. در مقابل، تحت شرایط خاص، ترکیب پروتئین‌های پیام‌رسان تغییر می‌کند و مجموعه‌های دیگری در سیتوپلاسم شکل می‌گیرند که قادرند فرایند مرگ سلولی را آغاز کنند. یکی از اجزای مرکزی هر دو مسیر، پروتئین کیناز یکِ برهم‌کنش‌کننده با گیرنده یا RIPK1است. پروتئینی که بسته به وضعیت سلول و تغییرات مولکولی خود می‌تواند در پیام‌رسانی بقای سلول مشارکت کند یا به فعال‌سازی مرگ منجر شود. بنابراین، مسئله فقط حضور یا نبود RIPK1نیست، بلکه نحوه تنظیم فعالیت، موقعیت سلولی و برهم‌کنش‌های مولکولی آن اهمیت دارد. پژوهش‌های پیشین نشان داده بودند که فسفریلاسیون و یوبیکویتیناسیون این پروتئین در تعیین سرنوشت سلول نقش دارند، اما هنوز مشخص نبود چه عاملی به RIPK1 فعال‌شده اجازه می‌دهد از مرحله دریافت پیام به مرحله تشکیل مجموعه‌های اجرایی مرگ سلولی وارد شود. مطالعه جدید با شناسایی نقش HERC4، توضیحی مکانیکی برای این گذار ارائه می‌کند.

HERC4؛ آنزیمی که مجوز آغاز مرگ سلولی را صادر می‌کند

پژوهشگران برای شناسایی عوامل دخیل در این فرایند، از غربالگری ژنتیکی مبتنی بر فناوری CRISPR–Cas9 استفاده کردند. در این روش، ژن‌های مرتبط با آنزیم‌های یوبیکویتین‌لیگاز، آنزیم‌های حذف‌کننده یوبیکویتین و سایر اجزای سامانه یوبیکویتین هدف قرار گرفتند تا مشخص شود حذف کدام‌یک از آن‌ها حساسیت سلول به مرگ القاشده به‌وسیله  TNFرا کاهش می‌دهد. در میان عوامل بررسی‌شده، حذف ژن HERC4 اثر قابل‌توجهی بر مقاومت سلول‌ها در برابر نکروپتوز نشان داد. بررسی‌های تکمیلی در مدل‌های سلولی انسانی و موشی نیز از نقش این آنزیم در تنظیم مرگ سلولی حمایت کردند. هنگامی که HERC4 از سلول‌ها حذف شد، فعالیت اجزای اصلی مسیر نکروپتوز کاهش یافت و سلول‌ها در برابر محرک‌های القاکننده این نوع مرگ مقاومت بیشتری نشان دادند. بازگرداندن HERC4 به سلول‌های فاقد این پروتئین نیز حساسیت آن‌ها به مرگ سلولی را احیا کرد. این نتایج نشان دادند که HERC4 صرفاً با یک تغییر جانبی در وضعیت سلول ارتباط ندارد، بلکه یکی از عوامل مهم تنظیم‌کننده مسیر است. نکته کلیدی آن بود که فعالیت آنزیمی HERC4 برای این اثر ضروری است؛ یعنی حضور فیزیکی پروتئین به‌تنهایی کافی نیست و توانایی آن در ایجاد تغییرات شیمیایی روی پروتئین‌های هدف اهمیت تعیین‌کننده‌ای دارد.

از فعال‌شدن RIPK1 تا تشکیل مجموعه‌های مرگ سلولی

اهمیت این تغییر مولکولی زمانی روشن‌تر می‌شود که مراحل بعدی پیام‌رسانی بررسی شوند. پس از فعال‌شدن RIPK1 و فسفریلاسیون آن در جایگاه سرین ۱۶۶، این پروتئین می‌تواند از مجموعه پیام‌رسانی وابسته به گیرنده جدا شود و در سیتوپلاسم به تعامل با عوامل دیگری بپردازد. بااین‌حال، فعال‌شدن کینازی RIPK1 به‌تنهایی تمام مراحل لازم برای آغاز مرگ سلولی را توضیح نمی‌دهد. یافته‌های جدید نشان می‌دهند که HERC4، RIPK1 فسفریله‌شده را شناسایی می‌کند و با یوبیکویتیناسیون آن، شرایط لازم برای تجمع و سازمان‌دهی این پروتئین‌ها را فراهم می‌سازد. در مسیر آپوپتوز، این فرایند به شکل‌گیری مجموعه‌ای شاملRIPK1، پروتئینFADD و کاسپاز ۸ کمک می‌کند. کاسپاز ۸ یکی از عوامل کلیدی اجرای آپوپتوز است و فعال‌شدن آن مجموعه‌ای از واکنش‌های پروتئولیتیک را به راه می‌اندازد که در نهایت به مرگ کنترل‌شده سلول منجر می‌شوند. در شرایطی که فعالیت کاسپازها مهار شود، مسیر دیگری می‌تواند غالب شود که نکروپتوز نام دارد. در این حالت،RIPK1 با پروتئین RIPK3 تعامل می‌کند و مجموعه‌ای به نام نکروزوم شکل می‌گیرد. فعال‌شدن RIPK3 نیز به فعال‌سازی پروتئینMLKL کمک می‌کند. عاملی که در مراحل نهایی نکروپتوز، اختلال در یکپارچگی غشای سلولی را رقم می‌زند. بنابراین،HERC4 در نقطه‌ای از مسیر عمل می‌کند که می‌تواند بر شکل‌گیری هر دو نوع مرگ سلولی اثر بگذارد.

تفاوت آپوپتوز و نکروپتوز

آپوپتوز و نکروپتوز هر دو از سازوکارهای تنظیم‌شده مرگ سلولی هستند، اما پیامدهای زیستی یکسانی ندارند. آپوپتوز معمولاً با تجزیه کنترل‌شده اجزای سلول و حذف آن بدون ایجاد التهاب گسترده همراه است؛ هرچند اثر نهایی آن به نوع سلول و شرایط بافتی بستگی دارد. نکروپتوز، در مقابل، می‌تواند با ازهم‌گسیختگی غشای سلولی و آزادشدن محتویات داخل سلول همراه شود و محرک‌های التهابی را در محیط بافت افزایش دهد. به همین دلیل، کنترل نکروپتوز در بیماری‌هایی که التهاب و آسیب بافتی در آن‌ها به یکدیگر دامن می‌زنند، اهمیت ویژه‌ای دارد. یافته‌های پژوهش جدید نشان می‌دهند که  HERC4با تنظیم RIPK1 در مراحل اولیه پیام‌رسانی، در تعیین امکان ورود سلول به هر دو مسیر نقش دارد. این نتیجه به معنای آن نیست که HERC4 به‌تنهایی نوع مرگ سلولی را تعیین می‌کند؛ زیرا وضعیت کاسپازها، فعالیت سایر پروتئین‌های پیام‌رسان و شرایط محیط سلولی نیز در این تصمیم دخالت دارند. بااین‌حال، شناسایی یک عامل مشترک در سازمان‌دهی مسیرهای آپوپتوز و نکروپتوز، درک ارتباط میان مرگ سلولی و التهاب را دقیق‌تر می‌کند و نشان می‌دهد که تنظیم این فرایندها ممکن است در سطحی بالاتر از مراحل نهایی اجرای مرگ صورت گیرد.

حفاظت از بافت در مدل‌های التهاب شدید

یکی از بخش‌های مهم مطالعه HERC4، بررسی نقش این آنزیم در مدل‌های حیوانی بیماری بود. پژوهشگران دریافتند که حذف HERC4 در موش‌ها می‌تواند از شدت دو وضعیت مرتبط با مرگ سلولی وابسته به TNF بکاهد. سندرم پاسخ التهابی سیستمیک (SIRS) و آسیب حاد کبدی (ALI). در این مدل‌ها، اختلال در عملکردHERC4 با کاهش پیامدهای زیان‌بار ناشی از مرگ سلولی ارتباط داشت. این یافته‌ها اهمیت فیزیولوژیک سازوکار شناسایی‌شده را تقویت می‌کنند؛ زیرا نشان می‌دهند نقش HERC4 فقط در شرایط آزمایشگاهی و در سلول‌های کشت‌شده قابل مشاهده نیست. بااین‌حال، نتایج حاصل از مدل‌های حیوانی را نمی‌توان مستقیماً معادل اثربخشی درمانی در انسان دانست. التهاب شدید حاصل از TNF، آسیب کبدی و سایر بیماری‌های التهابی معمولاً مجموعه‌ای از مسیرهای مولکولی و عوامل محیطی را درگیر می‌کنند و ممکن است در بیماران مختلف سازوکارهای غالب متفاوتی داشته باشند. از سوی دیگر،TNF و مسیرهای وابسته به آن در دفاع ایمنی و حفظ عملکرد طبیعی بافت‌ها نیز نقش دارند. بنابراین، مهار کامل یک عامل تنظیم‌کننده این مسیرها ممکن است پیامدهایی فراتر از جلوگیری از مرگ سلولی ناخواسته داشته باشد. برای ارزیابی ظرفیت درمانی HERC4، باید مشخص شود که مهار انتخابی فعالیت آن در چه شرایطی می‌تواند از آسیب بافتی جلوگیری کند، بدون آنکه عملکردهای ضروری سیستم ایمنی را به‌طور نامطلوب مختل سازد.

نتیجه‌گیری

شناسایی HERC4 به‌عنوان تنظیم‌کننده یوبیکویتیناسیونRIPK1، یک هدف مولکولی بالقوه برای بررسی راهبردهای درمانی جدید معرفی می‌کند. برخلاف رویکردهایی که مستقیماً فعالیت کینازی RIPK1 را مهار می‌کنند، هدف‌گیری تعامل میانHERC4  و RIPK1 یا جلوگیری از یوبیکویتیناسیون در جایگاه K627 ممکن است امکان مداخله در مرحله مشخص‌تری از مسیر پیام‌رسانی را فراهم سازد. البته هنوز مشخص نیست که چنین رویکردی در انسان تا چه اندازه ایمن و مؤثر خواهد بود. همچنین، از آنجا که RIPK1 در مسیرهای بقای سلول و فعال‌سازی پاسخ‌های التهابی نیز مشارکت دارد، هرگونه مداخله باید بتواند میان مهار مرگ سلولی آسیب‌زا و حفظ عملکردهای طبیعی این پروتئین تعادل برقرار کند. بررسی تفاوت‌های احتمالی میان انواع سلول‌ها، میزان فعالیت HERC4 در بافت‌های مختلف و ارتباط آن با بیماری‌های التهابی انسانی، از جمله موضوعاتی است که می‌تواند به ارزیابی دقیق‌تر این هدف مولکولی کمک کند. نکته مهم دیگر، امکان استفاده از الگوی یوبیکویتیناسیون RIPK1 به‌عنوان یک شاخص زیستی برای مطالعه وضعیت مسیرهای مرگ سلولی است؛ هرچند کاربرد تشخیصی یا پیش‌بینی‌کننده آن هنوز به شواهد بیشتری نیاز دارد. در مجموع، این پژوهش با روشن‌کردن یکی از مراحل ناشناخته تبدیل سیگنال TNF به پیام مرگ سلولی، فهم دقیق‌تری از تنظیم التهاب ارائه می‌دهد و زمینه‌ای برای بررسی روش‌های مداخله هدفمند در بیماری‌های مرتبط با مرگ سلولی کنترل‌نشده فراهم می‌سازد.

پایان مطلب./