دانشمندان از توانایی RNA اضافی در ایجاد اختلال در تولید انرژی در سلول‌ها خبر داده‌اند

به گزارش مجله خبری نگار، دانشمندان دانشگاه تگزاس A&M کشف کرده‌اند که تجمع بیش از حد RNA می‌تواند عملکرد میتوکندری‌ها - ساختار‌های سلولی که بیشتر انرژی سلول را تولید می‌کنند - را مختل کند. در آزمایش‌های آزمایشگاهی، این اثر مستقل از مکانیسم‌های سیگنالینگ معمول سیستم ایمنی ذاتی رخ داده است. ایزوستیا گزارش می‌دهد که چرا یک مولکول ضروری برای زندگی می‌تواند به منبع مشکلات تبدیل شود و این موضوع چه پیامد‌هایی برای مطالعه عفونت‌ها دارد.

چرا سلول‌ها RNA تولید و از بین می‌برند؟

RNA چندین عملکرد مهم را انجام می‌دهد. یکی از انواع آن، RNA پیام‌رسان، دستورالعمل‌های سنتز پروتئین را منتقل می‌کند. پروتئین‌ها نیز به نوبه خود برای حفظ ساختار سلولی و واکنش‌های بیوشیمیایی متعدد ضروری هستند.

سلول‌ها دائماً RNA را ایجاد و تجزیه می‌کنند. تخریب مولکول‌های فرسوده یا معیوب به تنظیم تولید پروتئین و جلوگیری از تجمع مواد غیرضروری کمک می‌کند. طبق تحقیقات جدید، این فرآیند برای حفظ متابولیسم طبیعی انرژی نیز مهم است.

ژیلونگ یانگ، استاد گروه پاتوبیولوژی دامپزشکی در دانشگاه تگزاس A&M، خاطرنشان کرد: «دانشمندان مدت‌هاست می‌دانند که تخریب RNA به کنترل تولید پروتئین و حذف RNA معیوب کمک می‌کند. مطالعه ما عملکرد مهم دیگری را آشکار کرد: این فرآیند به سلول‌ها کمک می‌کند تا منبع انرژی لازم برای عملکرد طبیعی خود را حفظ کنند.»

چگونه یک عفونت ویروسی تعادل را بر هم می‌زند؟

محققان سلول‌های آلوده به ویروس واکسینیا، عضوی از خانواده ویروس‌های آبله، را مورد مطالعه قرار دادند. در طول عفونت، سلول‌ها مقادیر زیادی RNA ویروسی تولید می‌کنند و مکانیسم‌های آنها برای حذف آن باید با افزایش بار مقابله کنند.

در آزمایش‌ها، اختلال در آنزیم‌های ویروسی یا سلولی دخیل در تخریب RNA با زوال میتوکندری‌ها و کاهش فعالیت تنفسی آنها همراه بود. تنفس میتوکندریایی مجموعه‌ای از فرآیند‌هایی است که به سلول‌ها کمک می‌کند تا انرژی کسب کرده و آن را در مولکول‌های ATP ذخیره کنند.

دانشمندان سلول‌های مغزی نابالغ را به اختلال تفکر در صرع مرتبط دانسته‌اند

علاوه بر این، مشخص شد که دو نوع RNA اثرات مخربی دارند. یکی RNA دو رشته‌ای بود که اغلب در طول عفونت‌های ویروسی تولید می‌شود و می‌تواند پاسخ‌های ایمنی را تحریک کند. دیگری RNA پیام‌رسان معمولی بود که برای سنتز پروتئین ضروری است. نتیجه دوم غیرمنتظره بود: مشکلات ناشی از تجمع بیش از حد مولکولی بود که همیشه در سلول‌های سالم وجود دارد.

آنچه آزمایش با میتوکندری‌های جدا شده نشان داد

نویسندگان در ابتدا فرض کردند که RNA اضافی از طریق فعال‌سازی دفاع ضد ویروسی به میتوکندری آسیب می‌رساند. با این حال، آزمایش‌ها نشان داد که این پاسخ برای اثر مشاهده‌شده لازم نیست.

جمال ابراهیم بلهواری، نویسنده‌ی اول این مطالعه، گفت: «وقتی میتوکندری را جدا کردیم و RNA را اضافه کردیم، هنوز آسیب میتوکندری را مشاهده کردیم.»

این اختلالات همچنین قبل از فعال شدن قابل توجه مکانیسم‌های ایمنی رخ داده‌اند. در مجموع، این مشاهدات نشان می‌دهد که RNA اضافی می‌تواند مستقیماً بر میتوکندری تأثیر بگذارد.

دانشمندان کاهش پتانسیل غشا - تفاوت پتانسیل الکتریکی در غشای داخلی میتوکندری - را ثبت کرده‌اند. حفظ این گرادیان الکتروشیمیایی برای سنتز ATP ضروری است. هنگامی که این مکانیسم مختل می‌شود، راندمان تولید انرژی کاهش می‌یابد.

اینکه دقیقاً چگونه RNA باعث این نقص می‌شود، هنوز مشخص نیست. نویسندگان پیشنهاد می‌کنند که مولکول‌های دارای بار منفی ممکن است در نزدیکی میتوکندری جمع شوند و در عملکرد آنها اختلال ایجاد کنند. این توضیح هنوز نیاز به آزمایش دارد.

ویروس به منابع سلول آلوده وابسته است: این منابع برای تولید پروتئین‌های آن و تشکیل ذرات ویروسی جدید ضروری هستند. بنابراین، اختلال در متابولیسم انرژی می‌تواند مانع خود پاتوژن نیز شود.

به گفته یان، ویروس‌های آبله از مکانیسم‌های تجزیه RNA استفاده می‌کنند که به کنترل مقدار آن و حفظ عملکرد سلول در طول تکثیر ویروسی کمک می‌کند.

بنابراین، حذف RNA می‌تواند چندین کار را همزمان انجام دهد: تنظیم فعالیت ژن، محدود کردن تشخیص عفونت توسط سیستم‌های دفاعی و حفظ منابع انرژی سلول آلوده.

ارتباط این کشف با بیماری‌ها و دارو‌های RNA

نویسندگان پیشنهاد می‌کنند که مکانیسم شناسایی‌شده ممکن است پیامد‌هایی فراتر از عفونت‌های ویروسی داشته باشد. تجمع RNA در برخی از بیماری‌های انکولوژیکی، عصبی و مرتبط با پیری مشاهده می‌شود. با این حال، میزان تأثیر مشاهده‌شده در آزمایش‌ها در ایجاد این بیماری‌ها هنوز ناشناخته است.

یکی دیگر از زمینه‌های تحقیقاتی، توسعه دارو‌ها و واکسن‌های RNA است. این فناوری‌ها از مولکول‌های RNA برای انتقال دستورالعمل‌ها به سلول‌ها برای تولید پروتئین‌های خاص استفاده می‌کنند. درک چگونگی پردازش این RNA توسط سلول‌ها و پاسخ به سطوح آن می‌تواند به بهبود دارو‌های آینده کمک کند.

این مطالعه در مدل‌های آزمایشگاهی انجام شده است و ثابت نمی‌کند که واکسن‌های mRNA موجود به میتوکندری در انسان آسیب می‌رسانند. یافته اصلی آن مربوط به یک مکانیسم سلولی است: وقتی پاکسازی مختل می‌شود، RNA اضافی می‌تواند در تولید انرژی اختلال ایجاد کند. محققان اکنون باید شرایطی را که این مکانیسم تحت آن در بدن عمل می‌کند و چگونگی تأثیرگذاری بر آن را تعیین کنند.