Proximity Iodo-labeling of Human Cervical Mucus with an Endogenous Peroxidase

كل شهر، تنسق بنية الجسم إيقاعاً بيولوجياً معقداً يُعرف بالدورة الشهرية، وهي عملية تحكمها الهرمونات لتهيئة الجسم لحمل محتمل. وفي قلب هذه الدورة يقع عنق الرحم، وهو الجزء السف_ي من الرحم، والذي ينتج مادة هلامية تسمى مخاط عنق الرحم. يعمل هذا المخاط كحارس بوابة ديناميكي؛ فعندما لا تكون المرأة في فترة خصوبة، يكون المخاط سميكاً وغير نفاذ، مما يعيق حركة الحيوانات المنوية. ومع اقتراب وقت التبويض، تؤدي التغيرات الهرمونية إلى جعل هذا الحاجز رقيقاً وأكثر سيولة، مما يخلق مساراً مرحباً للحيوانات المنوية للعبور. وقد عرف العلماء منذ زمن طويل أن إنزيماً يسمى "غواياكول بيروكسيداز" (guaiacol peroxidase)، والذي يعتمد على الكالسيوم ليعمل، موجود في هذا المخاط. وتتصاعد وتتراجع نشاطات هذا الإنزيم وفق نمط يمكن التنبؤ به: حيث ينخفض بشكل حاد قبيل التبويض عندما تصل مستويات الإستروجين إلى ذروتها، ثم يرتفع مرة أخرى بعد التبؤ عندما يتولى البروجسترون المهمة. يوفر هذا التقلب المتوقع ساعة طبيعية، مما يسمح للباحثين بتتبع نافذة الخصوبة من خلال قياس نشاط الإنزيم يوماً بعد يوم.

وبناءً على هذا الفهم، طور باحث في جامعة جنوب فلوريدا طريقة جديدة للنظر داخل هذا النظام البيولوجي لرؤية أي البروتينات تتفاعل مع بعضها البعض بدقة. كان الهدف هو تجاوز مجرد قياس نشاط الإنزيم والتوجه بدلاً من ذلك لتحديد البروتينات المحددة التي تحيط به في المخاط. وللقيام بذلك، استخدم الباحث تقنية تسمى "توسيم القرب" (proximity labeling). تخيل الإنزيم كمنارة صغيرة متوهجة يمكنها وسم أي بروتين يقف بالقرب منها كيميائياً. في هذه الدراسة، عمل الإنزيم نفسه كمنارة. قام الباحث بجمع عينات من مخاط عنق الرحم من متطوعة في نقاط مختلفة من دورتها، وأدخل شكلاً مشعاً من اليود مع بيروكسيد الهيدروجين. استخدم الإنزيم، بشكل طبيعي، بيروكسيد الهيدروجين لربط اليود بالبروتينات المجاورة، مما أدى فعلياً إلى وسمها. ولأن الإنزيم قد وسم نفسه وكذلك جيرانه، استطاع الباحثون لاحقاً فصل الخليط واستخدام التصوير الحساس لرؤية أي البروتينات قد تم وسمها بالضبط.

كشفت نتائج هذه التجربة، التي أجريت على عينات أُخذت في الأيام 11 و15 و17 من الدورة الشهرية، عن مشهد معقد من البروتينات. أظهر التصوير أن الإنزيم والبروتينات التي وسمها وُجدت في شكلين متميزين داخل المخاط: شكل ذائب يطفو بحرية في السائل، وشكل حبيبي ملتصق بهياكل أكبر. وفي اليوم 15، والذي يتوافق مع الوقت حول التبويض، لاحظ الباحثون عدداً أكبر بكما من نطاقات البروتين المتميزة مقارنة بالأيام الأخرى. يشير هذا إلى أن البيئة المحيطة بالإنزيم تصبح أكثر ازدحاماً بالشركاء المتفاعلين خلال نافذة الخصوبة. كما لاحظت الدراسة أن البروتينات الأساسية جداً، مثل بعض إنزيمات خلايا الدم البيضاء، لم تُكتشف لأنها كانت كبيرة جداً أو ذات خصائص كيميائية أبقتها خارج النطاق المحدد المستخدم في التحليل. علاوة على على ذلك، في حالة واحدة أصيبت فيها المتطوعة بعدوى مهبلية، ظلت مستويات الإنزيم مرتفعة طوال الدورة، ويرجح أن يكون ذلك بسبب وجود الخلايا المناعية، مما يؤكد أن سلوك الإنزيم حساس للحالة الالتهابية للجسم.

بينما استخدمت التجربة الأولية اليود المشع لتصور البروتينات، يقترح المؤلف مساراً للمضي قدماً باستخدام اليود غير المشع ومطياف الكتلة (mass spectrometry)، وهي أداة تحدد الجزيئات من خلال وزنها وبنيتها. تهدف هذه الخطوة التالية إلى تحديد الهوية الدقيقة للإنزيم نفسه، والذي ظل غير مسمى في هذه الدراسة، وفهرسة بروتينات الإشارة المحددة والإنزيمات الأخرى التي تقع في أقرب نقطة منه. ومن خلال رسم خرائط لهذه التفاعلات، يأمل العلماء في فك تشابك الشبكة المعقدة من البروتينات التي تنسق وظيفة عنق الرحم أثناء الدورة الشهرية. والأمل النهائي هو أن فهم هؤلاء "الجيران الجزيئيين" قد يكشف عن علامات جديدة لمشاكل الخصوبة أو الحالات المتعلقة بالدورة الشهرية، مما يقدم صورة أوضح لكيفية عمل الآلات التناسلية للجسم على المستوى المجهري.