دانشمندان راهی غیرمنتظره را کشف کرده‌اند که ویروس‌ها می‌توانند در عملکرد سلول‌های بدن اختلال ایجاد کنند. زمانی که RNA بیش از حد در داخل سلول تجمع می‌یابد، می‌تواند به ساختارهایی که انرژی تولید می‌کنند آسیب برساند و به طور بالقوه باعث شود سلول نتواند به طور عادی عمل کند.
مطالعه جدیدی که توسط محققان دانشگاه علوم دامپزشکی و علوم زیستی تگزاس A&M انجام شده است، نشان می‌دهد که RNA اضافی تولید شده در طول عفونت‌های ویروس آبله می‌تواند به میتوکندری، ساختارهای کوچکی که مسئول تولید بیشتر انرژی مورد نیاز سلول‌ها برای زنده ماندن هستند، آسیب برساند.
این تحقیق که در Proceedings of the National Academy of Sciences منتشر شده است، ارتباط غیرمنتظره‌ای بین تجمع RNA و تولید انرژی سلولی نشان می‌دهد. این یافته‌ها می‌تواند پیامدهای گسترده‌ای فراتر از عفونت‌های ویروسی داشته باشد و به طور بالقوه به دانشمندان کمک کند تا بیماری‌های مرتبط با پیری و درمان‌های پزشکی مبتنی بر RNA، از جمله واکسن‌های mRNA را بهتر درک کنند.
دکتر Zhilong Yang، استاد بخش پاتوبیولوژی دامپزشکی در VMBS، گفت: «دانشمندان مدت‌هاست که می‌دانستند تخریب RNA به کنترل تولید پروتئین و حذف RNA معیوب کمک می‌کند.» او افزود: «مطالعه ما نقش مهم دیگری را نشان می‌دهد: کمک به سلول‌ها برای حفظ انرژی مورد نیاز برای عملکرد مناسب.»
سلول‌ها به طور مداوم RNA را به عنوان بخشی از فعالیت‌های عادی خود تولید و تجزیه می‌کنند. این فرآیند پاکسازی، که به عنوان تخریب RNA شناخته می‌شود، به تنظیم تولید پروتئین، حذف RNA معیوب و کنترل پاسخ‌های ایمنی کمک می‌کند. یافته‌های جدید نشان می‌دهد که این فرآیند همچنین عملکرد ضروری دیگری دارد و با محافظت از تامین انرژی سلول، به آن کمک می‌کند.
چرا تجمع بیش از حد RNA می‌تواند به سلول‌ها آسیب برساند
RNA نقش‌های مهم متعددی در سالم نگه داشتن سلول‌ها دارد. RNA پیام‌رسان (mRNA)، به عنوان مثال، دستورالعمل‌های ژنتیکی را حمل می‌کند که به سلول‌ها می‌گوید چه پروتئین‌هایی تولید کنند. این پروتئین‌ها برای تقریباً همه چیزهایی که سلول‌ها انجام می‌دهند، از حفظ ساختار خود تا انجام واکنش‌های شیمیایی ضروری، مورد نیاز هستند.
نوع دیگری، RNA دو رشته‌ای (dsRNA)، اغلب در طول عفونت‌های ویروسی ظاهر می‌شود. حضور آن می‌تواند به عنوان یک هشدار عمل کند و به سیستم ایمنی هشدار دهد که ویروسی ممکن است وارد سلول شده باشد.
ویروس‌ها اغلب مقادیر زیادی RNA را در حین تکثیر در داخل سلول‌های آلوده تولید می‌کنند. به طور معمول، سیستم‌های پاکسازی سلولی به جلوگیری از تجمع RNA در سطوح مضر کمک می‌کنند. با این حال، هنگامی که تولید RNA از توانایی سلول برای تجزیه آن فراتر رود، مواد اضافی می‌تواند با میتوکندری تداخل کرده و تولید انرژی را کاهش دهد.
دانشمندان قبلاً می‌دانستند که RNA دو رشته‌ای بیش از حد می‌تواند پاسخ‌های ایمنی بالقوه مضر را تحریک کند. آنچه که محققان را شگفت‌زده کرد این بود که کشف کردند حتی mRNA معمولی نیز می‌تواند به میتوکندری آسیب برساند.
Yang گفت: «mRNA یک جزء عادی سلول‌های ما است، اما به نظر می‌رسد با بسیاری از چیزهای خوب، اگر بیش از حد به دست آوریم، می‌تواند برای سلول مشکل‌ساز شود.» او افزود: «هنگامی که RNA بیش از حد تجمع می‌یابد، از جمله mRNA، می‌تواند به میتوکندری آسیب برساند و با توانایی سلول برای تولید انرژی تداخل کند.»
این یک چالش غیرمعمول برای ویروس‌ها ایجاد می‌کند. اگرچه ویروس‌ها کاملاً به سلول‌هایی که آلوده می‌کنند برای تامین انرژی و تولید پروتئین وابسته هستند، اما تولید مقادیر بیش از حد RNA ویروسی می‌تواند به ماشین آلات مورد نیاز خود برای تکثیر آسیب برساند.
به گفته Yang، ویروس‌های آبله، گروهی که شامل ویروس‌های مسئول آبله و آبله میمونی است، به نظر می‌رسد راه‌هایی برای مدیریت این مشکل دارند. آنها از مکانیسم‌های پاکسازی RNA برای حذف RNA اضافی استفاده می‌کنند و به سلول‌های آلوده کمک می‌کنند تا به اندازه کافی عملکردی بمانند تا تکثیر ویروسی ادامه یابد.
Yang گفت: «اگر سلول سالم نباشد، ویروس به خوبی تکثیر نمی‌شود.» او افزود: «ویروس باید سطوح RNA را در داخل سلول متعادل نگه دارد.»
دانشمندان کشف کردند که RNA می‌تواند مستقیماً به میتوکندری آسیب برساند
یکی از یافته‌های غیرمنتظره‌ترین مطالعه زمانی رخ داد که محققان بررسی کردند که چگونه RNA اضافی بر میتوکندری تأثیر می‌گذارد.
در ابتدا، تیم مشکوک بود که تجمع RNA به طور غیرمستقیم با فعال کردن سیستم ایمنی به این ساختارهای تولید کننده انرژی آسیب می‌رساند. انواع خاصی از RNA می‌دانند که پاسخ‌های دفاعی را تحریک می‌کنند که می‌تواند استرس بیشتری را به سلول‌های آلوده وارد کند.
با این حال، آزمایش‌ها نشان داد که آسیب نیازی به پاسخ ایمنی ندارد.
دکتر Djamal Brahim Belhaouari، نویسنده اول این مطالعه، گفت: «وقتی فقط میتوکندری را جدا کردیم و RNA اضافه کردیم، باز هم آسیب میتوکندری را مشاهده کردیم.» او افزود: «آن لحظه بود که متوجه شدیم این می‌تواند یک پاسخ سلولی ناشناخته باشد.»
محققان همچنین مشاهده کردند که مشکلات میتوکندری قبل از فعال شدن قابل توجه ایمنی ایجاد شد. علاوه بر این، آسیب به مسیرهای ایمنی که به طور معمول در طول عفونت فعال می‌شوند، وابسته نبود.
این نتایج در مجموع نشان می‌دهد که RNA اضافی خود می‌تواند با عملکرد میتوکندری تداخل کند، نه اینکه صرفاً از طریق پاسخ بدن به ویروس آسیب ایجاد کند.
مکانیسم دقیق هنوز مشخص نیست، اما محققان یک توضیح احتمالی شامل بارهای الکتریکی را پیشنهاد کرده‌اند.
میتوکندری با حفظ تفاوت الکتریکی و شیمیایی در غشاهای داخلی خود، انرژی تولید می‌کنند. این تفاوت به تولید ATP کمک می‌کند، مولکولی که سلول‌ها از آن به عنوان منبع اصلی انرژی خود استفاده می‌کنند.
RNA دارای بار الکتریکی منفی است. محققان مشکوک هستند که وقتی مقادیر غیرعادی آن در نزدیکی میتوکندری تجمع می‌یابد، ممکن است تعادل الکتریکی مورد نیاز برای تولید انرژی کارآمد را مختل کند.
Yang گفت: «ما فکر می‌کنیم که RNA با بار منفی ممکن است در اطراف میتوکندری تجمع کند و تعادل الکتریکی مورد نیاز برای تولید انرژی را مختل کند، اگرچه نحوه وقوع آن نامشخص است.» او افزود: «این یک مفهوم جدید است که ما به بررسی آن ادامه می‌دهیم.»
این کشف چه معنایی برای پیری و بیماری دارد
اگرچه آزمایش‌ها بر روی عفونت‌های ویروسی متمرکز بود، اما این یافته‌ها سوالاتی را در مورد اینکه آیا تجمع RNA ممکن است به سایر مشکلات سلامتی کمک کند یا نه، ایجاد می‌کند.
تجمع غیرطبیعی RNA در چندین بیماری از جمله برخی از سرطان‌ها، بیماری‌های عصبی تخریب‌کننده و اختلالات مرتبط با پیری مشاهده شده است. بیماری‌های عصبی تخریب‌کننده شامل تخریب پیشرونده سلول‌های عصبی است، همانطور که در شرایطی مانند بیماری آلزایمر و پارکینسون رخ می‌دهد.
از آنجا که میتوکندری برای حفظ سلول‌های سالم ضروری است، اختلال در تولید انرژی آنها می‌تواند به طور بالقوه به اختلال سلولی در برخی از این شرایط کمک کند.
محققان پیشنهاد می‌کنند که RNA اضافی ممکن است یک منبع استرس میتوکندریایی ناشناخته باشد. با این حال، برای تعیین اینکه آیا این مکانیسم به طور گسترده عمل می‌کند و اینکه آیا به طور مستقیم به این بیماری‌ها کمک می‌کند یا خیر، به مطالعات بیشتری نیاز است.
Brahim Belhaouari گفت: «ما فکر می‌کنیم که این پیامدهای ترجمه‌ای بسیار گسترده‌ای دارد.» او افزود: «تجمع RNA دو رشته‌ای یا mRNA که نمی‌تواند به طور موثر تخریب شود، ممکن است در برخی از زمینه‌ها به فرآیندهای بیماری کمک کند.»
پیامدهای بالقوه برای واکسن‌های mRNA و درمان‌های آینده
این کشف همچنین می‌تواند اطلاعات مفیدی را برای دانشمندانی که داروهایی را بر اساس RNA توسعه می‌دهند، ارائه دهد.
درمان‌های مبتنی بر RNA، از جمله واکسن‌های mRNA، با معرفی دستورالعمل‌های RNA به سلول‌ها برای تولید پروتئین‌های خاص کار می‌کنند. درک اینکه سلول‌ها چگونه به RNA پاسخ می‌دهند، آن را پردازش می‌کنند و در نهایت آن را تجزیه می‌کنند، برای طراحی این درمان‌ها مهم است.
با شناسایی یک روش دیگر که RNA اضافی می‌تواند بر سلامت سلولی تأثیر بگذارد، این یافته‌ها ممکن است به محققان کمک کند تا درمان‌ها و واکسن‌های مبتنی بر RNA آینده را بهینه کنند. این مطالعه نشان نمی‌دهد که واکسن‌های mRNA موجود باعث آسیب میتوکندری در افراد می‌شوند.
Yang گفت: «درک این مکانیسم می‌تواند به محققان کمک کند تا درمان‌ها و واکسن‌های مبتنی بر RNA آینده را با درک بهتر نحوه پاسخ سلول‌ها به مقادیر زیاد RNA طراحی و بهینه کنند.» او افزود: «به طور گسترده‌تر، این تحقیق نشان می‌دهد که کنترل سطوح RNA برای بیش از تولید پروتئین دقیق یا مدیریت پاسخ‌های ایمنی مهم است. همچنین ممکن است برای سالم نگه داشتن میتوکندری و اطمینان از اینکه سلول‌ها انرژی کافی دارند، ضروری باشد.»
برای دانشمندان، برجسته‌ترین نتیجه این بود که حتی مولکولی که سلول‌ها هر روز به آن نیاز دارند، می‌تواند در صورت تجمع فراتر از سطوح عادی، مضر شود.
Yang گفت: «دانشمندان قبلاً می‌دانستند که RNA دو رشته‌ای بیش از حد می‌تواند مضر باشد.» او افزود: «آنچه که ما را شگفت‌زده کرد این بود که RNA mRNA بیش از حد - چیزی که سلول‌ها به طور معمول هر روز به آن نیاز دارند - نیز می‌تواند به میتوکندری آسیب برساند و با توانایی سلول برای تولید انرژی تداخل کند.»
تحقیقات گزارش شده در این مطالعه، به طور جزئی توسط موسسه ملی آلرژی و بیماری‌های عفونی (R01AI143709 به Z.Y.) و دانشگاه A&M تگزاس حمایت شده است. محتوا به طور کامل مسئولیت نویسندگان را بر عهده دارد و لزوماً دیدگاه‌های رسمی NIH را نشان نمی‌دهد.