以色列理工学院生物学院的研究人员发现了一种独特的遗传机制,可以为细胞提供快速有效的病毒保护。这一发现可能会导致新的治疗策略的发展。
由生物学院的Yael mandelgutfreund教授领导的研究小组提出了与免疫系统抵抗病毒感染的活性有关的新发现。这项研究发表在《自然通讯》上,由曼德尔-古特弗伦德教授和阿米尔·阿尔戈埃蒂博士领导,是后者博士研究的一部分。
以色列理工学院的研究人员专注于在遗传过程中起重要作用的两种分子之间的相互作用:
NORAD是lncRNA群中一个独特的分子,lncRNA是一组非编码RNA分子。虽然许多RNA分子在基于遗传密码的蛋白质合成途径中充当中间体,但lncRNAs不参与这一过程。相反,它们在基因调控、细胞分化和胚胎发育中发挥着重要作用——这些都是生物体发育和健康的关键过程。在胚胎干细胞中,这些分子影响分化成为特定的成熟细胞类型(肌肉、骨骼、脂肪、角膜等)和重编程过程,人为地将成熟细胞引导回干细胞样状态。
STAT3是一种蛋白质,属于一个对控制转录至关重要的蛋白质大家族——将基因复制到RNA中以构建蛋白质的过程。STAT3对胚胎发育至关重要,也参与炎症过程、免疫系统激活和其他生物过程。
以色列理工学院的研究人员发现,在健康状态下(没有病毒感染),NORAD和STAT3之间的相互作用可以阻止免疫系统产生针对病毒的免疫反应。然而,当病毒攻击发生时,细胞的反应是切割和消化NORAD分子。缺乏NORAD会抑制STAT3的活性,从而释放对免疫系统的刹车,触发快速有效的免疫反应,阻止病毒感染。这种反应中和了病毒在人体细胞内复制的能力。
研究人员通过实验室实验和对人类细胞样本的分析证明了这一机制。为了支持他们的结论,他们检测了缺乏NORAD的细胞的免疫活性,发现这些细胞表现出更高的抗病毒活性。这表明在正常情况下,细胞中有大量的NORAD分子,“保护”免疫系统免受错误激活。然而,作为对病毒攻击的反应,它们的频率会降低,从而激活免疫系统来对抗病毒。
研究人员还分析了这一机制的进化史,结果表明,尽管这两个分子都是高度保守的(在进化中是古老的),但所发现的特定相互作用和机制是人类和密切相关的灵长类动物所独有的,在大多数其他哺乳动物中并不存在。这代表了物种特异性进化的一个例子。
曼德尔-古特弗伦德教授和阿尔戈蒂博士推测,在人类进化过程中,这种机制是为了应对病毒而进化出来的,病毒学会了操纵受感染的细胞来阻止免疫反应。该研究中提出的独特机制提供了快速有效的反应,绕过了病毒可以操纵的更慢、更繁琐的免疫机制,从而产生了即时防御。
除了这一发现的科学价值之外,生物学院的研究人员希望并相信,这项研究的发现最终将导致纠正免疫系统“故障”和更好地对抗病毒感染的新策略的发展。
这项研究得到了以色列科学基金会(ISF)的支持。