خلاصه کتاب ژنتیک و ایمونولوژی

جزوه ژنتیک و ایمونولوژی
دانلود فایل
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
تفسیر، برایان پی. لازارو و دیوید اس. اشنایدر موضوع ژنتیک ایمنی را همانطور که در شماره های این ماه ژنتیک و G3 بررسی شده است، بررسی می کنند: ژن ها | ژنوم ها | ژنتیک . این مقالات افتتاحیه بخشی از مجموعه مشترک ژنتیک ایمنی (در حال انجام) در مجلات GSA هستند.
دفاع در برابر عفونت به طور فزاینده ای جزوه ژنتیک و ایمونولوژی به عنوان یک تصمیم پیچیده شناخته می شود که توسط مشارکت ژن های متعدد و بسیاری از عوامل محیطی شکل می گیرد. در حالی که ممکن است تصور کنیم که دفاع در برابر عفونت در درجه اول توسط فعالیت سیستم ایمنی میزبان تعیین می شود، مطالعات اخیر مکانیسم های بیولوژیکی متنوعی را برای تنظیم دفاع ایجاد کرده اند. ژنتیک ایمنی با استفاده از طیف گسترده ای از رویکردها و ارگانیسم ها از گیاهان مرتبط کشاورزی گرفته تا مدل های ژنتیکی مانند مگس سرکه تا انسان مورد مطالعه قرار می گیرد. در این روحیه گفتمان بیشتر بین محققان در سراسر رشته ها، مجلات انجمن ژنتیک آمریکا- GENETICS و G3: Genes|Genomes|Genetics- از مطالب ارسالی دعوت کنید که به گستره وسیع و پیچیدگی ژنتیک ایمنی می پردازد. چندین مقاله از این دست در شماره های ژوئن هر دو مجله ارائه شده است. فراخوان مقالات ادامه دارد و مقالات آینده در مجموعه ژنتیک ایمنی برجسته خواهد شد .
قابل اعتماد و متخصص:
تنظیم پیچیده ایمنی
تعدادی از مقالات برجسته، مطالعات مربوط به تنظیم ایمنی را در زمینه‌های جدید جزوه ژنتیک و ایمونولوژی گزارش می‌کنند. انجم و همکاران (۲۰۱۳) مدولاسیون مسیر Toll را بررسی کرد که در مگس سرکه به دلیل نقش آن در فعال سازی سنتز پپتیدهای ضد میکروبی در پاسخ به عفونت باکتریایی و در مهره داران برای القای پاسخ های التهابی به محرک های میکروبی و ویروسی شناخته شده است. انجم و همکاران (۲۰۱۳ ) بر فعالیت مسیر Toll در لارو مگس سرکه تمرکز کرد و نتیجه گرفت که فعال سازی نادرست منجر به فنوتیپ های التهاب مانند افزایش تکثیر لاملوسیت (سلول ایمنی)، ظهور توده های ملانوتیک و القای پپتیدهای ضد میکروبی می شود. آنها متوجه شدند که فعالیت Toll درلارو مگس سرکه با سومویلاسیون کنترل شده توسط ژن β- آرستین کورتز به طور منفی تنظیم می شود . از دست دادن کورتز یا پروتئاز SUMO Ulp1 منجر به فعالیت ایمنی نابجا و پاسخ های التهاب مانند نامناسب می شود. با این حال، قابل‌توجه، واکنش‌های ایمنی متمایز در اندازه‌های نسبی خود در جهش‌یافته‌ها متفاوت است، که نشان می‌دهد که sumoylation احتمالاً با سایر عناصر ماشین سلولی برای متعادل کردن فعالیت‌های متعدد مسیر Toll بسیار پلیوتروپیک در تعامل است. علاوه بر این، از آنجایی که جهش‌های Kurtz و Ulp1 منجر به اختلال جهانی در فعالیت SUMO می‌شوند، احتمالاً سایر مسیرهایی که به کنترل التهاب و ایمنی کمک می‌کنند، اختلال در تنظیم وجود دارد.
دی آراس و همکاران (۲۰۱۴) از یک صفحه جهش متقابل هوشمندانه برای شناسایی تنظیم کننده ای جزوه ژنتیک و ایمونولوژی استفاده کرد که اتصال RNA پیام رسان (mRNA) را که آداپتور مسیر Toll MyD88 را کد می کند و در نتیجه فعالیت ایمنی را کنترل می کند. آنها از غربالگری تداخل RNA با توان بالا (RNAi) در Caenorhabditis elegans برای اسکن کل ژنوم برای یافتن ژن‌هایی استفاده کردند که مهار آنها القای ایمنی را مسدود می‌کند. آنها ۳۲ کاندیدای مورد حمایت را پیدا کردند که ۲۰ نفر از آنها دارای ارتولوگ واضح در موش هستند. اختلال در ۸ مورد از این ژن ها در موش باعث نقص ایمنی واضح می شود و یکی از آنها Eftud2 است.، فنوتیپ متقابل بیان IL-6 را در پاسخ به لیپوپلی ساکارید در صورت بیان بیش از حد بیان می کند. تحقیقات بیشتر نشان داد که پروتئین Efud2 واسطه تعادل نسبی بین یک شکل بلند (فعال‌کننده) و یک شکل کوتاه (بازدارنده) پیوند MyD88 است. از دست دادن عملکرد Eftud2 منجر به کاهش نسبتاً بزرگتر در فرم کوتاه نسبت به فرم بلند می شود، بنابراین فعالیت مسیر Toll و دفاع ایمنی را مسدود می کند. این مقاله به خوبی قدرت ژنومیک و ایمونولوژی مقایسه ای را برای کشف عملکردهای زیستی حفاظت شده نشان می دهد.
در تشریح دیگری از تنظیم مسیر، Stronach و همکاران. (۲۰۱۴) نقش پروتئین کینازهای فعال شده با میتوژن (MAPKs) را در زمینه های سلولی رشدی در مقابل ایمونولوژیک مورد بررسی قرار داد. MAPKها مسیر Jun Kinase (JNK) را در پاسخ به عفونت و استرس فعال می‌کنند و خود توسط کینازهای بالادست (MAPKKs و MAPKKKs یا MAP3Ks) تنظیم می‌شوند. استروناخ و همکاران (۲۰۱۴)فرض می شود که MAP3K ها به یک حوزه عملکردی تقسیم می شوند – برخی که محرک دریافت می کنند یا محلی سازی درون سلولی را تعیین می کنند، به علاوه یک دامنه پروتئین کیناز مجزا. تحت این فرضیه، می‌توان دامنه‌های کیناز را روی MAP3Kهایی که همان بستر را فسفریله می‌کنند و عملکرد کامل پروتئین‌های کایمریک را بازیابی می‌کنند، مبادله کرد. نویسندگان این ایده را با MAP3K Slpr که برای سیگنال دهی رشدی مورد نیاز است و Tak1 که به فعال شدن سیستم ایمنی از طریق مسیرهای JNK و Imd کمک می کند، آزمایش کردند. تعویض دامنه های کیناز بین این دو پروتئین منجر به نجات نسبی فنوتیپ های جهش یافته مربوطه می شود، اما در هیچ جهت متقابل پروتئین کایمریک به طور کامل جزوه ژنتیک و ایمونولوژی از دست دادن پروتئین بومی را جبران نمی کند. بدین ترتیب،
دو مقاله در این شماره از GENETICS به نقش گونه‌های فعال اکسیژن (ROS) به عنوان مولکول‌های سیگنال‌دهنده و دفاعی می‌پردازند. رادیکال‌های اکسیداتیو بسیار واکنش‌پذیر هستند و سمیت سلولی آن‌ها را می‌توان در دفاع ضد پاتوژن مهار کرد. تیلر و گارسین (۲۰۱۴) یک پراکسیداز جدید به نام skpo1 را شناسایی کردند که تولید ROS را در اپیتلیوم زیرپوستی C. elegans کنترل می کند و به همین ترتیب دفاع در برابر عفونت توسط باکتری Enterococcus faecalis را تعیین می کند . کوچک و همکاران (۲۰۱۴) یک پلیوتروپی غیرمنتظره را بین تولید ROS و تمایز سلول های ایمنی به واسطه سیگنال دهی Notch در مگس سرکه یافتند.. سیگنالینگ Notch باعث تمایز جنینی سلول های کریستالی می شود که مسئول تولید ROS در لاروهای مورد حمله زنبورهای پارازیتوئید هستند. عفونت توسط زنبورهای پارازیتوئید نیز منجر به تکثیر لاملوسیت ها در غده لنفاوی لارو می شود. به طور غیرمنتظره، اسمال و همکاران. (۲۰۱۴) دریافتند که سیگنال دهی Notch این تمایز لاملوسیتی را تنظیم می کند. به نظر می رسد که سیگنال دهی Notch به شیوه ای غیر سلولی مستقل در اندام لنفاوی عمل می کند تا سلول های پیش ساز lamelloctye را در حالت سکون نگه دارد، اما مهار Notch توسط RNAi یا عفونت پارازیتوئید اجازه می دهد تا تمایز لاملوسیتی ادامه یابد. این پلیوتروپی شگفت‌انگیز، Notch را به عنوان یک تنظیم‌کننده کلیدی دودمان سلولی جزوه ژنتیک و ایمونولوژی جایگزین ایمنی در مگس سرکه ایجاد می‌کند.، با پیامد مهم برای اثربخشی دفاع در برابر عفونت.
قابل اعتماد و متخصص:
سیستم های مربوط به کشاورزی و زیست محیطی
عفونت و ایمنی در کشاورزی بسیار مهم است. به عنوان مثال، ماستیت گاوی (عفونت پستان) برای صنایع لبنی ایالات متحده بیش از ۱٫۷ میلیارد دلار در سال هزینه دارد ( جونز و بیلی ۲۰۰۹ ). در شماره ژوئن G3 ، Lawless و همکاران. (۲۰۱۴) پاسخ التهابی به ورم پستان ناشی از استرپتوکوکوس اوبریس را با میکروRNA ها (miRNA) که پیش بینی می شود پروفایل های بیان mRNA را تغییر دهند، مرتبط می کنند. مونوسیت‌هایی که از مغز استخوان آزاد می‌شوند با جذب با واسطه کموکاین به محل عفونت جذب می‌شوند، جایی که از فسفوریلاسیون اکسیداتیو به گلیکولیز تغییر می‌کنند و یک پاسخ التهابی را تحت تأثیر قرار می‌دهند. لاولس و همکاران (۲۰۱۴)فرض کنید که این سوئیچ توسط مجموعه ای از miRNA ها واسطه می شود، با miRNA های تنظیم شده به سمت هدف قرار دادن RNA های رونوشت متابولیکی، که احتمالا سوئیچ را به سمت گلیکولیز سوق می دهد. با این حال، در یک پیچ و تاب، miRNA‌های تنظیم‌شده برای هدف قرار دادن ژن‌های ایمنی بسیار غنی شده‌اند، که نشان می‌دهد این miRNA‌ها احتمالاً به عنوان مهارکننده‌های التهاب در غیاب عفونت عمل می‌کنند.
در مثال دیگری از بیماری کشاورزی، Connell et al. (2013) یک مطالعه مورد-شاهدی برای تعیین اینکه چرا برخی جزوه ژنتیک و ایمونولوژی از پرندگان در گله مرغ از نظر ژنتیکی به عفونت Camplyobacter jejuni مقاوم هستند، انجام دادند . نقشه برداری در سطح ژنوم، ارتباط معنی داری بین مقاومت و پلی مورفیسم در ژن های T-cadherin و Calmodulin را نشان می دهد. این ارتباط منطقی است، زیرا کار قبلی برهمکنش عفونی بین C. jejuni و E-cadherin مرتبط را نشان داده است ، و کالمودولین یک تعدیل کننده معروف عملکرد کادرین است. توزیع های فنوتیپی C . ژژونیبار در پرندگان حمل هم نوع قابل توجه هستند، با برخی از جوجه های کاملا مقاوم در برابر عفونت و دیگران حمل بارهای از ۱۰ ۱۰ باکتری پس از تلقیح. به نظر می‌رسد که انواع نقشه‌برداری شده تنظیمی هستند و مهمتر از همه، فنوتیپ مقاوم با سطح بیان نسبی – نه مطلق – T-cadherin و کالمودولین تعیین می‌شود، با جوجه‌های حساس که افزایش تقریبی ۲۵٪ در نسبت T-cadherin به کالمودولین را بیان می‌کنند. . با شناسایی این عوامل مقاومت، نشانگرهای ژنتیکی را می توان برای اصلاح انتخابی گله های مقاوم به کار برد.
در مقابل، سیستم های کشاورزی را می توان گاهی برای مقاومت در برابر بیماری مهندسی کرد، همانطور که Subbaiah و همکارانش. (۲۰۱۳) با ایجاد کرم‌های ابریشم تبدیل‌شده پایداری که در برابر ویروس نوکلئوپلی‌هدرویی Bombyx mori (BmNPV) مقاوم هستند، نشان داده‌اند . کرم‌های ابریشم تبدیل‌شده دارای ساختارهای RNAi هستند که چهار ژن ضروری ویروسی را مورد هدف قرار می‌دهند و بیش از ۷۵ درصد بقای عفونت ویروسی تجربی را نسبت به بقای کمتر از ۱۵ درصد در سویه والدین ایجاد می‌کنند. حتی امیدوارکننده‌تر، تعداد اندک اجسام انسداد ویروسی که از B. mori تبدیل شده به دست می‌آیند ، در توانایی آنها برای آلوده کردن کرم‌های ابریشم ساده و بی‌تفاوت دچار اختلال شده و گسترش بیماری را بیشتر محدود می‌کند. از آنجایی که BmNPV می تواند منجر به از دست دادن بیش از ۵۰ درصد عملکرد پیله ابریشم تجاری شود، خطوط تراریخته تأثیر اقتصادی بالقوه زیادی دارند.
سیستم‌های طبیعی خود را به دستکاری آسان برای جلوگیری یا محدود کردن استقرار و گسترش بیماری نمی‌دهند، و ما اغلب در تلاش هستیم تا بفهمیم چه چیزی حساسیت و مقاومت نسبی را در محیط‌های طبیعی تعیین می‌کند. Batrachochytrium dendrobatidis (Bd) یک پاتوژن قارچی است که جمعیت دوزیستان را در سطح جهان ویران می کند، و ما درک ضعیفی از اینکه چرا برخی از گونه ها نسبت به سایرین حساس تر هستند، داریم. الیسون و همکاران (۲۰۱۴)پروفایل های بیان ژن در قورباغه طلایی پاناما بسیار حساس پس از قرار گرفتن در معرض قارچ ضعیف شده را بررسی کرد. آنها فعال شدن ایمنی قوی پیدا کردند، اما این به معنای واکسیناسیون مؤثر یا محافظت در برابر عفونت ثانویه نیست. در عوض، داده ها نشان می دهد که التهاب پوست ممکن است در حضور عفونت پاتولوژیک باشد و کاهش التهاب می تواند محافظ باشد. داده‌های رونویسی همچنین نشان می‌دهد که سیستم ایمنی ضد باکتریایی در قورباغه‌های آلوده به Bd تنظیم می‌شود، که احتمالاً نشان‌دهنده عفونت ثانویه است که توسط عفونت قارچی اولیه تسهیل می‌شود. به طرز جالبی، الیسون و همکاران. جزوه ژنتیک و ایمونولوژی (۲۰۱۴)بر اساس مشاهدات آنها مبنی بر اینکه بیان ژن های تشخیصی سلول های B و سلول های T در مراحل پایانی عفونت با Bd کاملا فعال کاهش می یابد، Bd ممکن است واکنش های ایمنی را در گونه های حساس قورباغه سرکوب کند، این نشان می دهد که قارچ ممکن است اجداد این سلول ها را بکشد یا تمایز آنها را مسدود کند. این تفسیر با مشاهده کاهش اندازه طحال در قورباغه های آلوده تقویت می شود. کار الیسون و همکاران. (۲۰۱۴)نشان می‌دهد که قورباغه طلایی پاناما تلاش می‌کند در برابر عفونت Bd مقاومت کند، اما دفاع ایمنی به خطر افتاده و شاید خود آسیب‌شناسی است، که منجر به کاهش تحمل عفونت می‌شود. دفاع موثر مشاهده شده در برخی دیگر از گونه های دوزیستان ممکن است به دلیل فعال سازی بیشتر سیستم ایمنی و اجتناب از مکانیسم های پاتوژن برای سرکوب سیستم ایمنی باشد.
قابل اعتماد و متخصص:
پیچیدگی در ایمنی
شاید جالب ترین مرز در ژنتیک ایمنی در تعامل بین فعالیت ایمنی و سایر فرآیندهای فیزیولوژیکی یا رشدی ایجاد شود. چنین فعل و انفعالی باید تعادل صفات را در یک ارگانیسم شکل دهد و سلامت کلی را در زمینه عفونت تعیین کند. مطالعات تکاملی و عملکردی در این حوزه در تاکید ژنتیک/G3 بر ژنتیک ایمنی از اهمیت ویژه ای برخوردار است و چند مقاله از این دست در زیر برجسته شده اند.
جانستون و همکاران (۲۰۱۴) پروفایل رونویسی را در یک سری زمانی پس از چالش ایمنی سوسک کرم آردآلو Tenebrio molitor اعمال کرد .جزوه ژنتیک و ایمونولوژی  آنها دریافتند که اجزای مختلف پاسخ ایمنی زمان‌بندی متفاوتی برای بیان دارند که نشان‌دهنده کنترل پیچیده و خاص تنظیمی است. نویسندگان تاکید می‌کنند که بیان ژن‌های کدکننده مسیر Toll، ژن‌های پپتید ضد میکروبی و فرآیندهای جداسازی آهن یک هفته پس از عفونت تنظیم نشده‌اند، اگرچه آزمایش‌های آنها این احتمال را که باکتری‌های باقی‌مانده ممکن است به تحریک فعالیت ایمنی ادامه دهند را رد نمی‌کند. با این حال مهمترین چالش عفونی در تنبریو استمنجر به سرکوب ژن های دخیل در متابولیسم گلوکز و بیوسنتز لیپیدها، تری گلیسیریدها و ویتامین ها می شود. این داده ها به موازات یک مطالعه اولیه ریزآرایه مگس سرکه که در آن چالش ایمنی خوش خیم نیز برای سرکوب رونویسی ژن های متابولیک پایه ( De Gregorio et al. 2001 ) یافت شد و از این فرضیه حمایت می کند که فعالیت ایمونولوژیک از نظر انرژی پرهزینه است. در عین حال، گزارش شده است که حشرات تغذیه را در پاسخ به عفونت کاهش می دهند ( به عنوان مثال ، آدامو و همکاران ۲۰۰۷ ؛ آیرس و اشنایدر ۲۰۰۹).و یک تفسیر جایگزین، و نه منحصر به فرد، این است که میزبان متابولیسم را تغییر می دهد تا مواد مغذی را جدا کند به عنوان بخشی از استراتژی محدود کردن مواد مغذی برای مدیریت رشد پاتوژن.
متقابلا، مصونیت ممکن است با تقاضاهای رقابتی میزبان محدود شود. شورت و همکاران (۲۰۱۲) نشان داده‌اند که جفت‌گیری و تولیدمثل صلاحیت ایمنی را در مگس سرکه محدود می‌کند ، اما این اثر وابسته به خط مولد ماده سالم است. در مقاله‌ای منتشر شده در G3 ، Short و Lazzaro (2013) یک تحلیل رونویسی از پاسخ به عفونت در مگس سرکه مگس سرکه ماده باکره و جفت شده را گزارش کردند.با و بدون خطوط جوانه. آنها با تایید مطالعه قبلی خود دریافتند که ماده های باکره ژن های ایمنی را قوی تر از زنان فعال تولید مثل القا می کنند، اگرچه تفاوت در الگوهای بیان بین زنان با و بدون مولفه به طرز شگفت آوری اندک است. یک یافته جدید اما منطقی این است که ژن‌های تولید تخم‌مرغ پس از عفونت در دختران باکره کاهش بیان می‌کنند، اما در ماده‌های جفت شده نه، نشان می‌دهد که ماده‌ها در صورت انتخاب، تخم‌گذاری را بر دفاع ایمنی ترجیح می‌دهند. داده‌های رونویسی همچنین الگوهای جالب دیگری را نشان می‌دهند که علوفه را برای مطالعه بعدی فراهم می‌کنند، مانند امضای بلوغ تخم در پاسخ به جفت‌گیری و تغییر رفتار تغذیه در پاسخ به جفت‌گیری و عفونت.
اگرچه تمایلی به تلقی قابلیت ایمنی به عنوان یک ویژگی ساکن میزبان وجود دارد، شایستگی ایمنی یک ویژگی پویا است که در طول عمر میزبان تغییر می کند. به طور شهودی، ممکن است انتظار داشته باشیم که ظرفیت ایمنی با سن میزبان کاهش یابد، فرآیندی که به عنوان ایمونوسنسانس شناخته می شود، و در واقع این امر در سنین پیشرفته مشاهده می شود. فلیکس و همکاران با این حال، (۲۰۱۲) نشان داده اند که ظرفیت پاکسازی عفونت غیر بیماری زا اشریشیا کلی ممکن است بین سنین جوانی و میانسالی (۱ و ۴ هفته بعد از انسداد بزرگسالان) افزایش یا کاهش یابد، اگرچه میزان تنوع بین خطوط ژنتیکی در سنین بالاتر افزایش می یابد. آن‌ها همچنین بیان ژن گسترده ژنوم را در پانل D. melanogaster همخون ارزیابی کردندخطوط در ۱ و ۴ هفتگی بزرگسالی. مطابق با مقالات منتشر شده قبلی، Felix et al. (2012) به تمایل به افزایش بیان ژن ایمنی با افزایش سن، حتی در صورت عدم وجود عفونت اشاره کرد و دوباره بیان سرکوب شده ژن‌های دخیل در متابولیسم لیپید را پس از عفونت مگس‌های هر دو سن مشاهده کرد. با این حال، به طور غیر منتظره، آنها دریافتند که ساختار ژنتیکی ظرفیت ایمنی جزوه ژنتیک و ایمونولوژی (ساختار همبستگی بین پاکسازی عفونت و رونویسی در سطح ژنوم) بین دو سن متفاوت است، با یک رابطه قوی‌تر بین متابولیسم انرژی و ظرفیت ایمنی در مگس‌های مسن‌تر.
قابل اعتماد و متخصص:
تاکید مستمر بر ژنتیک ایمنی
GENETICS و G3 همچنان به دنبال ارسال مقالاتی در مورد ژنتیک ایمنی هستند و هر دو مجله به برجسته کردن مقالات منتشر شده در این زمینه ادامه خواهند داد. موضوعات مورد علاقه ویژه برای انتشار آینده عبارتند از:
توضیح مکانیسم های ژنتیکی که منجر به تحمل یا مقاومت در برابر عفونت می شود
شبکه های ژنتیکی یا سیگنالی که بر عملکرد سیستم ایمنی تأثیر می گذارد
پاسخ های ژنتیکی به عوامل محیطی که مقاومت و تحمل را تعدیل می کنند
فعل و انفعالات ژنتیکی بین میزبان ها، پاتوژن ها و همزیست ها که پیامدهای عفونت را شکل می دهند
پاسخ های دفاعی ناشی از آسیب بافت میزبان
نوروایمونولوژی و ایمنی رفتاری
مکانی