Combined Disruption of Multiple Cytokine Signaling Pathways Enables One-Step Anterograde Tracing with Vesicular Stomatitis Virus

تخيل الدماغ كمدينة ضخمة وصاخبة بها مليارات الأشخاص (الخلايا العصبية) المتصلين عبر طرق. يريد العلماء رسم خريطة دقيقة لمن يتحدث مباشرة مع من. إذا كنت تريد معرفة من يتحدث إليه شخص معين في المدينة بشكل مباشر، فلا يمكنك مجرد إرسال رسالة يتم تمريرها عبر سلسلة من الأصدقاء؛ بل تحتاج إلى وسيلة لرؤية الشخص الأول في الصف فقط.

لفترة طويلة، استخدم العلماء أداة تسمى فيروس التهاب المعدة والأمعاء الحويصلي (VSV). فكر في هذا الفيروس كرسول سريع ونشيط؛ فهو بارع في التحرك للأمام (التحرك الأمامي)، ولكن لديه عيب: بمجرد أن يوصل رسالة، يستمر في الركض وإيصال الرسائل إلى الجميع على طول الخط. إنه يشبه الإشاعة التي تنتشر من الشخص (أ) إلى الشخص (ب)، ثم إلى (ج)، ثم إلى (د)، وهكذا. إذا كنت تريد معرفة من يتحدث إليه الشخص (أ) مباشرة، فإن هذه الإشاعة الجامحة تجعل من المستحيل معرفة أين بدأت السلسلة وأين انتهت.

استراتيجية "الخطوة الواحدة" الجديدة

قام الباحثون في هذه الورقة البحثية ببناء نسخة أكثر ذكاءً من نظام الرسول هذا. إليك كيف فعلوا ذلك، باستخدام هندسة إبداعية:

1. "المفتاح" و"القفل": أخذوا الفيروس وجردوه من "محركه" (بروتين يسمى glycoprotein) لكي لا يتمكن من التحرك بمفرده. كما منحوه "مفتاحاً" خاصاً (جين يسمى Cre). كما قاموا بتجهيز حزمة توصيل منفصلة (AAV) تحتوي على "المحرك" ولكنها تبقي المحرك محبوساً في خزنة لا تفتح إلا إذا كان "مفتاح" الفيروس موجوداً.

• التشبيه: تخيل الفيروس كسيارة بدون محرك. يتم إسقاطها عند منزل ما. وفقط إذا كان الفيروس موجوداً بالفعل داخل هذا المنزل، يقوم المنزل بفتح المرآب وتسليم الفيروس محركاً جديداً. هذا يضمن أن الفيروس يمكنه الانتقال فقط إلى المنزل التالي إذا وصل بنجاح إلى المنزل الأول.

2. منع الفيروس من التوحش: كان الفيروس في الأصل عدوانياً جداً ويقتل الخلايا التي يزورها (السمية الخلوية). قام العلماء بتعديل "مكابح" الفيروس (بروتين M) لجعله أكثر لطفاً، بحيث يمكنه القيام بعمله دون تدمير الحي.

3. جدار الجهاز المناعي: كانت العقبة الأكبر هي الجهاز المناعي للدماغ. لدى الدماغ حراس أمن (السيتوكينات والإنترفيرونات) يرصدون الفيروس ويوقفونه فوراً، مما يمنع عملية التتبع من الحدوث.

• للتغلب على هذا، اضطر العلماء إلى تعطيل حراس الأمن مؤقتاً. فعلوا ذلك بطريقتين: إما باستخدام فئران ولدت بدون نوع معين من حراس الأمن (IFNAR1-knockout)، أو بإعطاء الفئران "عصابة عين" (مزيج من الأجسام المضادة) منعت الحراس من القدرة على رؤية الفيروس. كما جربوا بروتيناً "خداعياً" من فيروس مختلف لتشتيت انتباه الحراس.

ماذا وجدوا؟

عندما اختبروا هذا النظام الجديد في دماغ الفأر (تحديداً في مراقبة "الجسم المخطط"، وهي منطقة مرتبطة بالحركة)، نجح الأمر! لقد سافر الفيروس بنجاح من نقطة البداية إلى المحطات التالية المتوقعة.

ومع ذلك، كان هناك تحفظ؛ فبينما ظل الفيروس ضمن مناطق الدماغ الصحيحة، لم يكتفِ بالتحدث مع الخلايا العصبية (رسل الدماغ) فحسب، بل انتقل أيضاً إلى الخلا cells الجلية (طاقم الدعم في الدماغ).

• القصور: وجد الباحثون أنه بينما نجحوا في منع الفيروس من الانتشار بعيداً جداً (متعدد الخطوات)، إلا أنهم لم يستطيعوا بعد ضمان انتقاله فقط من خلية عصبية إلى خلية عصبية أخرى. كان الأمر لا يزال يشبه الإشاعة التي قد يلتقطها عمال النظافة ورجال الأمن بالخطأ، وليس فقط موظفي المكاتب.

الخلاصة

هذه الورقة هي "إثبات لمفهوم". إنها تظهر أنه من خلال الجمع بين عدة حيل — مثل قفل المحرك، وتلطيف المكابح، وإعماء الجهاز المناعي — يمكننا جعل فيروس ينتقل للأمام في خطوة واحدة فقط. ومع ذلك، يعترف العلماء بأنه لجعل هذه الأداة مثالية لرسم خرائط الاتصالات المباشرة، لا يزال يتعين عليهم معرفة كيفية منع الفيروس من تمييز خلايا الدعم (الخلايا الدبقية) بجانب الخلايا العصبية.