الورقة البحثية التي نقدمها هذه المرة هي هذه.
Microglial-to-neuronal CCR5 signaling regulates autophagy in neurodegeneration
B. P. Festa, F. H. Siddiqi, M. Jimenez-Sanchez, H. Won, M. Rob, A. Djajadikerta, et al.
Neuron 2023
DOI: 10.1016/j.neuron.2023.04.006
شرح مبسّط…
- الخلايا الدبقية الصغيرة هي خلايا مناعية تشبه البلاعم وتوجد في الجهاز العصبي المركزي. وهي منتشرة على نطاق واسع داخل أنسجة الدماغ والحبل الشوكي، ومن خلال التقاط الأجسام الغريبة وفضلات الخلايا وتحليلها، تؤدي دورًا مهمًا في الحفاظ على صحة الخلايا العصبية وإصلاحها وفي تنظيم الاستجابات الالتهابية.
- الخلايا العصبية (النيورونات) هي الخلايا العصبية، وهي إحدى الخلايا الأساسية المكوّنة للجهاز العصبي. يشمل الجهاز العصبي الجهاز العصبي المركزي مثل الدماغ والحبل الشوكي، إضافةً إلى الجهاز العصبي المحيطي، والخلايا العصبية موجودة في كليهما. تتكوّن الخلية العصبية من جسم الخلية والتغصنات والمحور العصبي والمشابك العصبية وما إلى ذلك، وتضطلع بدور نقل المعلومات.
- الالتهام الذاتي يشير إلى نوع من أنظمة إعادة التدوير داخل الخلية يقوم بتحليل الفضلات الموجودة داخل الخلية مثل العُضيّات والبروتينات والسيتوبلازم وإعادة استخدامها. يُعرف الالتهام الذاتي كأحد الآليات التي تستجيب بها الخلايا للتغيرات البيئية مثل نقص المغذيات والإجهاد، وهو يشارك في وظائف خلوية متنوعة. وفي حين أن الالتهام الذاتي المفرط قد يُدمّر الوظيفة الخلوية الطبيعية، فمن المعروف أن الالتهام الذاتي غير الكافي يُسبّب مشكلات متنوعة مثل تراكم الفضلات وتحفيز موت الخلايا.
- مرض هنتنغتون هو مرض تنكسي عصبي وراثي، وتظهر أعراضه على شكل اضطرابات حركية وتراجع في الوظيفة الإدراكية. ومن المعروف أن طفرة جين Htt، وهو الجين المسبّب لمرض هنتنغتون، تُسبّب اضطرابات في الالتهام الذاتي. وبسبب طفرة جين Htt، يصبح تنظيم الالتهام الذاتي غير كافٍ، فتتراكم الفضلات والبروتينات داخل الخلية. وقد يُسبّب هذا التراكم موت الخلايا العصبية واختلال وظيفة الجهاز العصبي في مرض هنتنغتون.
- توضّح هذه الورقة دور الخلايا الدبقية الصغيرة المُنشَّطة في تثبيط الالتهام الذاتي العصبي الضارّ بالخلايا العصبية. تُنشِّط CCL-5/-4/-3 المشتقة من الخلايا الدبقية الصغيرة مستقبل CCR5 العصبي فتُثبِّط الالتهام الذاتي العصبي، ويزداد كلٌّ من CCR5 وCCL-3/-4/-5 في أدمغة فئران مرض هنتنغتون واعتلال تاو.
كيف أُجريت التجربة؟
هي تجربة على الحيوانات باستخدام الفئران.
شملت الطرائق المستخدمة في هذه الورقة ما يلي:
- توليد فئران MRFP-GFP-LC3 (إشارة المرور (Tfl)). يتضمّن توليد فئران إشارة المرور (Tfl) إنشاء فئران عُدِّلت باستخدام تقنيات الهندسة الوراثية لإدخال أصباغ فلورية في خلايا محددة بحيث يمكن تصوّر تلك الخلايا بصريًا. وهذا يجعل من الممكن دراسة سلوك الخلايا وتفاعلاتها داخل الجسم الحي.
- يُوسَم LC3 بلونين، MRFP بالأحمر وGFP بالأخضر؛ وذلك لأن LC3 يُوسَم وسمًا مزدوجًا بـ GFP والبروتين الفلوري الأحمر (mRFP)، مما يتيح تمييز أجسام الالتهام الذاتي غير المُحمَّضة (أحمر وأخضر = أصفر) عن الليزوسومات الذاتية المُحمَّضة (أحمر فقط). ولأن فلورة GFP تنطفئ بسرعة أكبر عندما يكون الرقم الهيدروجيني الليزوسومي منخفضًا، يمكن تقييم تدفّق الالتهام الذاتي. ويرد أدناه شرح لتدفّق الالتهام الذاتي.
- الاستنساخ الفرعي لـ MRFP-GFP-LC3 من pMRFP-EGFP-RLC3 إلى PCAGG بواسطة PCR. الاستنساخ الفرعي هو نوع من تقنيات الهندسة الوراثية يشير إلى عملية اقتطاع جزء محدد من الـ DNA (مثل جين أو محفّز) وإدراجه في ناقل بلازميدي آخر. وهذا يجعل من الممكن استخراج الجين المستهدف في صورة يمكن استخدامها لأغراض البحث أو التعديل الوراثي.
- تقييم مستويات تعبير بروتين MRFP-GFP-LC3 بواسطة Western blot
- عن طريق تبقيع (blotting) الدماغ والعضلات والأنسجة، وعن طريق التقطيع بالتبريد (cryosectioning) للأنسجة المجمّدة الطازجة والمراقبة المباشرة لمستويات الفلورة.
تدفّق الالتهام الذاتي (autophagy) هو مؤشر يُظهر العملية الكاملة للالتهام الذاتي، ويُستخدم لتقييم ديناميكيات تحليل المواد داخل الخلية وإعادة تدويرها بواسطة الالتهام الذاتي. الالتهام الذاتي عملية فسيولوجية تقوم فيها الخلايا، في ظروف الإجهاد أو أثناء نقص المغذيات، بتحليل البُنى والبروتينات الخلوية غير الضرورية أو التالفة وإعادة تدويرها، فتُعيد بذلك استخدام الطاقة والمكوّنات.
يتكوّن الالتهام الذاتي من الخطوات الرئيسية التالية.
- تكوّن جسم الالتهام الذاتي: يتكوّن بناء غشائي مزدوج يُحيط بالبروتينات والعُضيّات داخل الخلية.
- الاندماج مع الليزوسوم: يندمج جسم الالتهام الذاتي مع الليزوسوم ليُكوّن ليزوسومًا التهاميًا ذاتيًا (autolysosome).
- التحليل وإعادة التدوير: داخل الليزوسوم الالتهامي الذاتي، تُحلَّل المحتويات بواسطة إنزيمات الليزوسوم، ويُعاد استخدام مكوّناتها داخل الخلية.
يمكن لتدفّق الالتهام الذاتي قياس درجة نشاط الالتهام الذاتي وكفاءته من خلال تقييم سلسلة العمليات بدءًا من تكوّن جسم الالتهام الذاتي وحتى التحليل وإعادة التدوير. وتُستخدم لتقييم تدفّق الالتهام الذاتي طرائق مثل الوسم الفلوري للبروتينات، وWestern blotting، وتحليل التعبير الجيني.
ما النتائج التي تم الحصول عليها؟
وجدت نتائج هذه الدراسة أن الخلايا الدبقية الصغيرة المُنشَّطة تُثبِّط الالتهام الذاتي العصبي الضارّ بالخلايا العصبية. وفي هذه الدراسة، نشّطت CCL-5/-4/-3 المشتقة من الخلايا الدبقية الصغيرة مستقبل CCR5 العصبي فثبّطت الالتهام الذاتي العصبي. كما وجد الباحثون أن CCR5 وCCL-3/-4/-5 يزدادان في أدمغة فئران مرض هنتنغتون واعتلال تاو، مما يشير إلى أن هذا المسار قد يكون متورطًا في الآلية المرضية لهذه الأمراض.
علاوة على ذلك، تبيّن في هذه الدراسة أن إعطاء دواء يُثبِّط CCR5 يمنع تنشيط mTORC1، وانخفاض LC3-II، وتراكم mHTT في خلايا HeLa CCR5-GFP، مما يُلمّح إلى أن استهداف هذا المسار قد يُصبح استراتيجية علاجية محتملة للأمراض التنكسية العصبية.
ما مستقبل هذا البحث؟
تشمل الاتجاهات الممكنة دراسة دور CCR5 في أمراض تنكسية عصبية أخرى، وتحديد عوامل أخرى تنظّم الالتهام الذاتي العصبي، واستكشاف إمكانية استهداف هذا المسار كاستراتيجية علاجية للأمراض التنكسية العصبية.
ويشير ذلك إلى أن الأمر يحتاج إلى مزيد من البحث لتحديد ما إذا كان من الممكن تطبيق هذا الاكتشاف سريريًا.
انطباعات
الالتهام الذاتي آلية بالغة الأهمية في إصلاح الأنسجة. وأنا مهتم جدًا أيضًا بمشاركة هذا الالتهام الذاتي في العلاج بالخلية الجذعية والعلاج بالإكسوسوم. وأعتقد أنني سأواصل دراسته أكثر.
الملخص باللغة الإنجليزية
Microglia-to-neuronal CCR5 signaling regulates autophagy in neurodegeneration
In neurodegeneration diseases, microglia switch to an activated state, which results in excessive secretion of pro-inflammatory factors. Our work aims to investigate how this paracrine signaling affects neuronal function. Here, we show that activated microglia mediate non-cell-autonomous inhibition of neuronal autophagy, a degenerative pathway critical for removal toxic, aggregate-prompt proteins accumulating in neurodegenerative disease. We found that the microglia-derived CCL-3/-4/-5 bind and activate neural CCR5, which in turn promotes mTORC1 activation and disrupts autophagy and aggregate-protein clearance. CCR5 and its cognate chemokines are upregulated in the brains of pre-manifesting mouse models for Huntington’s disease (HD) and tauopathy, suggesting a pathological role of this microglia-neuronal axis in the early phase of these disease. CCR5 upregulation is self-sustaining, as CCL5-CCR5 autophagy inhibition impairs CCR5 degradation itself. Finally, pharmacological or genetic inhibition of CCR5 rescues mTORC1 hyperactivation and autophagy dysfunction, which ameliorates HD and tau pathologies in mouse models.
2.62531017