تويت
نُشرت دراسة جديدة بأكتوبر الماضي عن اكتشاف وجود حمض نووي فيروسي في الجينوم البشري نتيجة عدوى قديمة انتقلت لهم وراثيًا من الأجداد. يعمل هذا الحمض النووي الفيروسي مضادًا للفيروسات ويحمي الخلايا البشرية من فيروسات معينة في الوقت الحاضر.
خلصت الدراسات السابقة إلى وجود أجزاء من حمض نووي فيروسي قديم في جينوم الفئران والدجاج والقطط والأغنام، يسمى الفيروس الرجعي أو القهقري – retroviruses الداخلة في الجينوم. أي انتقل لجينات الفرد من أحد الأبوين لا نتيجة عدوى خارجية.
وُجد أن هذه الفيروسات توفر مناعة ضد الفيروسات حديثة العدوى التي تنشأ خارج الجسم بمنعها من دخول الخلايا المضيفة.
أُجريت الدراسة الحالية على مزارع الخلايا البشرية في المختبر وأظهرت أن التأثير المضاد للفيروسات الذي توفره الفيروسات الرجعية الداخلة في الجينوم من المحتمل أن يكون موجودًا أيضًا للبشر.
تكمن أهمية البحث في أنه فتح المجال للمزيد من الاستقصاء الذي قد يكشف عن مجموعة من البروتينات الطبيعية المضادة للفيروسات التي قد تؤدي إلى علاجات دون آثار جانبية من مشاكل المناعة الذاتية. يكشف العمل عن إمكانية وجود نظام دفاع للجينوم لم يوصف من قبل، ولكنه قد يكون واسع النطاق.
قال سيدريك فيشوت، أستاذ البيولوجيا الجزيئية وعلم الوراثة في كلية الزراعة وعلوم الحياة: «تظهر النتائج أن لدينا مخزونًا من البروتينات التي لديها القدرة على الوقاية من مجموعة واسعة من الفيروسات في الجينوم البشري».
الباحث الرئيسي في الدراسة هو جون فرانك طالب دراسات عليا سابق في مختبر فيشوت والآن باحث ما بعد الدكتوراه في جامعة (يال – Yale).
تمثل الفيروسات الرجعية الداخلة في الجينوم حوالي 8٪ من الجينوم البشري، أي تمثل على الأقل أربعة أضعاف كمية الحمض النووي التي تشكل الجينات التي ترمز للبروتينات (لأن الجينات المشفرة لعمل بروتين تمثل حوالي 2% من الجينوم).
تُدخل الفيروسات الرجعية حمضها النووي الريبي -RNA في خلية المضيف، ويتحول إلى حمض نووي – DNA الذي بدوره يندمج في جينوم المضيف، ثم تتبع الخلية التعليمات الجينية وتنتج المزيد من الفيروسات. أي أن الفيروس يستغل بهذه الطريقة آلية النسخ في الخلية لتكرار نفسه.
تصيب الفيروسات الرجعية عادةً الخلايا التي لا تنتقل من جيل إلى آخر، ولكن يصيب بعضها الخلايا الجنسية، مثل البويضة أو الحيوانات المنوية، يتيح ذلك الفرصة أمام الحمض النووي الفيروسي للانتقال من أحد الوالدين إلى النسل ويصبح في النهاية موجودًا دائمًا في جينوم المضيف.
تدخل الفيروسات الرجعية إلى الخلية عندما يرتبط بروتين الغلاف الفيروسي بمستقبل على سطح الخلية كما يرتبط المفتاح بالقفل. يُعرف الغلاف الفيروسي باسم البروتين الشوكي – Spike لبعض الفيروسات مثل فيروس كورونا (كوفيد-19).
استخدم فرانك وفيشوت وزملاؤهما علم الجينوم الحسابي لمسح الجينوم البشري وفهرسة جميع تسلسلات ترميز بروتين غلاف الفيروس الرجعي المحتمل الذي ربما احتفظ بنشاط ربط المستقبلات. ثم أجروا المزيد من الاختبارات لاكتشاف أي من هذه الجينات كان نشطًا ليعبّر عن بروتين الغلاف الفيروسي في أنواع محددة من الخلايا البشرية.
قال فيشوت: «لقد وجدنا دليلاً واضحًا على التعبير عن بروتين الغلاف الفيروسي، ظهر كثير منها في الجنين المبكر وفي الخلايا الجنسية، ويتم التعبير عن مجموعة فرعية في الخلايا المناعية عند العدوى».
ركَّز الباحثون على أحد البروتينات الذي يُعبَّرعنه في سياقات مختلفة كبروتين الغلاف المضاد للفيروسات، يسمى هذا البروتين سوبريسين – Suppressyn؛ لأنه كان معروفًا بربط مستقبل يسمى ASCT2 (ناقل الأحماض الأمينية آلانين، سيرين، سيستين 2) وهو الناقل الذي يُدخل مجموعة متنوعة من الفيروسات تسمى الفيروسات الرجعية من النوع D إلى خلايا المضيف.
عثر الباحثون على مستوى تعبير عالٍ لبروتين السوبريسين في المشيمة وفي التطور الجنيني البشري المبكر جدًا. ثم أجروا تجارب على خلايا شبيهة بالمشيمة البشرية، إذ إن المشيمة هدف شائع للفيروسات.
كما ذكرنا آنفًا، أن السوبريسين هو بروتين مضاد للفيروسات أي أنه يحمي خلية المضيف الموجود بها. تتعرض الخلايا لفيروس رجعي من النوع D يسمى RD114، والمعروف أنه يصيب أنواعًا من القطط مثل القطط الأليفة. وبالتالي لا تصاب الخلايا الجذعية المشيمة والجنينية لدى الإنسان بالعدوى فيما تصاب أنواع الخلايا البشرية الأخرى التي لا تعبر عن السوبريسين بالفيروس بسهولة. جرَّب الباحثون إزالة السوبريسين من خلايا المشيمة، ووجدوا أن المضيف أصبح عرضة للإصابة بعدوى RD114؛ فيما استعادت الخلايا المقاومة عندما أُعيد السوبريسين إلى الخلايا.
وأجرى الباحثون تجارب عكسية باستخدام سلالة من خلايا الكلى الجنينية التي تعرضت لعدوى RD114. أصبحت الخلايا مقاومة للعدوى عندما أدخل الباحثون عقار السوبريسين في هذه الخلايا.
تُظهر الدراسة كيف أن بروتينًا بشريًا واحدًا من أصل الفيروسات الرجعية يمنع مستقبل الخلية الذي يسمح بدخول الفيروس والعدوى بواسطة مجموعة واسعة من الفيروسات الرجعية المنتشرة في العديد من الأنواع غير البشرية.
قال فيشوت: «إن الفيروسات الرجعية القديمة المدمجة في الجينوم البشري توفر آلية لحماية الجنين النامي من العدوى بهذه الفيروسات”. وقال إن العمل المستقبلي سوف يستكشف النشاط المضاد للفيروسات للبروتينات الأخرى المشتقة من الغلاف المشفر في الجينوم البشري.
خلصت الدراسات السابقة إلى وجود أجزاء من حمض نووي فيروسي قديم في جينوم الفئران والدجاج والقطط والأغنام، يسمى الفيروس الرجعي أو القهقري – retroviruses الداخلة في الجينوم. أي انتقل لجينات الفرد من أحد الأبوين لا نتيجة عدوى خارجية.
وُجد أن هذه الفيروسات توفر مناعة ضد الفيروسات حديثة العدوى التي تنشأ خارج الجسم بمنعها من دخول الخلايا المضيفة.
أُجريت الدراسة الحالية على مزارع الخلايا البشرية في المختبر وأظهرت أن التأثير المضاد للفيروسات الذي توفره الفيروسات الرجعية الداخلة في الجينوم من المحتمل أن يكون موجودًا أيضًا للبشر.
تكمن أهمية البحث في أنه فتح المجال للمزيد من الاستقصاء الذي قد يكشف عن مجموعة من البروتينات الطبيعية المضادة للفيروسات التي قد تؤدي إلى علاجات دون آثار جانبية من مشاكل المناعة الذاتية. يكشف العمل عن إمكانية وجود نظام دفاع للجينوم لم يوصف من قبل، ولكنه قد يكون واسع النطاق.
قال سيدريك فيشوت، أستاذ البيولوجيا الجزيئية وعلم الوراثة في كلية الزراعة وعلوم الحياة: «تظهر النتائج أن لدينا مخزونًا من البروتينات التي لديها القدرة على الوقاية من مجموعة واسعة من الفيروسات في الجينوم البشري».
الباحث الرئيسي في الدراسة هو جون فرانك طالب دراسات عليا سابق في مختبر فيشوت والآن باحث ما بعد الدكتوراه في جامعة (يال – Yale).
تمثل الفيروسات الرجعية الداخلة في الجينوم حوالي 8٪ من الجينوم البشري، أي تمثل على الأقل أربعة أضعاف كمية الحمض النووي التي تشكل الجينات التي ترمز للبروتينات (لأن الجينات المشفرة لعمل بروتين تمثل حوالي 2% من الجينوم).
تُدخل الفيروسات الرجعية حمضها النووي الريبي -RNA في خلية المضيف، ويتحول إلى حمض نووي – DNA الذي بدوره يندمج في جينوم المضيف، ثم تتبع الخلية التعليمات الجينية وتنتج المزيد من الفيروسات. أي أن الفيروس يستغل بهذه الطريقة آلية النسخ في الخلية لتكرار نفسه.
تصيب الفيروسات الرجعية عادةً الخلايا التي لا تنتقل من جيل إلى آخر، ولكن يصيب بعضها الخلايا الجنسية، مثل البويضة أو الحيوانات المنوية، يتيح ذلك الفرصة أمام الحمض النووي الفيروسي للانتقال من أحد الوالدين إلى النسل ويصبح في النهاية موجودًا دائمًا في جينوم المضيف.
تدخل الفيروسات الرجعية إلى الخلية عندما يرتبط بروتين الغلاف الفيروسي بمستقبل على سطح الخلية كما يرتبط المفتاح بالقفل. يُعرف الغلاف الفيروسي باسم البروتين الشوكي – Spike لبعض الفيروسات مثل فيروس كورونا (كوفيد-19).
استخدم فرانك وفيشوت وزملاؤهما علم الجينوم الحسابي لمسح الجينوم البشري وفهرسة جميع تسلسلات ترميز بروتين غلاف الفيروس الرجعي المحتمل الذي ربما احتفظ بنشاط ربط المستقبلات. ثم أجروا المزيد من الاختبارات لاكتشاف أي من هذه الجينات كان نشطًا ليعبّر عن بروتين الغلاف الفيروسي في أنواع محددة من الخلايا البشرية.
قال فيشوت: «لقد وجدنا دليلاً واضحًا على التعبير عن بروتين الغلاف الفيروسي، ظهر كثير منها في الجنين المبكر وفي الخلايا الجنسية، ويتم التعبير عن مجموعة فرعية في الخلايا المناعية عند العدوى».
ركَّز الباحثون على أحد البروتينات الذي يُعبَّرعنه في سياقات مختلفة كبروتين الغلاف المضاد للفيروسات، يسمى هذا البروتين سوبريسين – Suppressyn؛ لأنه كان معروفًا بربط مستقبل يسمى ASCT2 (ناقل الأحماض الأمينية آلانين، سيرين، سيستين 2) وهو الناقل الذي يُدخل مجموعة متنوعة من الفيروسات تسمى الفيروسات الرجعية من النوع D إلى خلايا المضيف.
عثر الباحثون على مستوى تعبير عالٍ لبروتين السوبريسين في المشيمة وفي التطور الجنيني البشري المبكر جدًا. ثم أجروا تجارب على خلايا شبيهة بالمشيمة البشرية، إذ إن المشيمة هدف شائع للفيروسات.
كما ذكرنا آنفًا، أن السوبريسين هو بروتين مضاد للفيروسات أي أنه يحمي خلية المضيف الموجود بها. تتعرض الخلايا لفيروس رجعي من النوع D يسمى RD114، والمعروف أنه يصيب أنواعًا من القطط مثل القطط الأليفة. وبالتالي لا تصاب الخلايا الجذعية المشيمة والجنينية لدى الإنسان بالعدوى فيما تصاب أنواع الخلايا البشرية الأخرى التي لا تعبر عن السوبريسين بالفيروس بسهولة. جرَّب الباحثون إزالة السوبريسين من خلايا المشيمة، ووجدوا أن المضيف أصبح عرضة للإصابة بعدوى RD114؛ فيما استعادت الخلايا المقاومة عندما أُعيد السوبريسين إلى الخلايا.
وأجرى الباحثون تجارب عكسية باستخدام سلالة من خلايا الكلى الجنينية التي تعرضت لعدوى RD114. أصبحت الخلايا مقاومة للعدوى عندما أدخل الباحثون عقار السوبريسين في هذه الخلايا.
تُظهر الدراسة كيف أن بروتينًا بشريًا واحدًا من أصل الفيروسات الرجعية يمنع مستقبل الخلية الذي يسمح بدخول الفيروس والعدوى بواسطة مجموعة واسعة من الفيروسات الرجعية المنتشرة في العديد من الأنواع غير البشرية.
قال فيشوت: «إن الفيروسات الرجعية القديمة المدمجة في الجينوم البشري توفر آلية لحماية الجنين النامي من العدوى بهذه الفيروسات”. وقال إن العمل المستقبلي سوف يستكشف النشاط المضاد للفيروسات للبروتينات الأخرى المشتقة من الغلاف المشفر في الجينوم البشري.