بدن ما با زمان هماهنگ است. از الگوهای خواب گرفته تا سطح هورمون‌ها، ساعت‌های درونی که تحت تأثیر نور قرار دارند، تمام سلول‌های ما را تنظیم می‌کنند. اکنون، دانشمندان دانشگاه اوکلند نیوزیلند (Waipapa Taumata Rau) کشف کرده‌اند که سیستم ایمنی بدن نیز یک ساعت درونی دارد که در طول ساعات روز عملکرد بهتری از خود نشان می‌دهد.
کشف جدید در مورد ساعت ایمنی بدن
این پژوهش، که به رهبری پروفسور کریستوفر هال انجام شده، نشان می‌دهد نوتروفیل‌ها ــ رایج‌ترین گلبول‌های سفید در بدن ــ دارای ساعت درونی خاص خود هستند. این ساعت با دریافت نور روز فعال می‌شود و باعث تقویت عملکرد ایمنی می‌گردد.
چرا این کشف اهمیت دارد؟
این یافته‌ها تنها یک گام فراتر از تحقیقات قبلی هستند، بلکه ارتباط ژنتیکی میان نور و ایمنی را به‌طور دقیق رمزگشایی می‌کنند. این تحقیق در حوزه‌ای نوین به نام “کرونوبیولوژی” یا زیست‌شناسی زمانی، افق‌های جدیدی را گشوده است.
مطالعه بر روی ماهی‌های گورخری (Zebrafish)
چرا از ماهی‌های گورخری استفاده شد؟
ماهی‌های گورخری شباهت ژنتیکی زیادی با انسان دارند. اما ویژگی مهم‌تر آنها شفاف بودن بدن‌شان است که امکان مشاهده سلول‌های ایمنی در حال فعالیت را بدون جراحی یا رنگ‌زنی فراهم می‌کند.
یافته‌ها چه بودند؟
پروفسور هال می‌گوید:
«در مطالعات پیشین، مشاهده کرده بودیم که پاسخ ایمنی در صبح، یعنی زمان فعالیت بالای ماهی، به اوج می‌رسد. احتمالاً این یک واکنش تکاملی است، زیرا در روز بدن بیشتر با باکتری‌ها مواجه می‌شود.»
محققان با ایجاد عفونت، تغییر شرایط نوری و رصد فعالیت نوتروفیل‌ها، متوجه شدند که این سلول‌ها در روز تهاجمی‌تر و کارآمدتر هستند.
نوتروفیل‌ها دارای ساعت بیولوژیکی هستند
ژن کلیدی: per2
نوتروفیل‌ها صرفاً به محرک‌های بیرونی واکنش نشان نمی‌دهند، بلکه دارای یک ساعت شبانه‌روزی داخلی به کمک ژن per2 هستند. این ژن نور روز را حس کرده و برنامه کشتار باکتری‌ها را درون سلول فعال می‌کند.
وقتی per2 در ماهی‌های جهش‌یافته غیرفعال شد، توان مقابله با عفونت کاهش یافت. حتی در روز نیز این نوتروفیل‌ها عملکرد خوبی نداشتند، باکتری‌ها بیشتر زنده ماندند و التهاب افزایش یافت.
بازگشت عملکرد با نور
با بازگرداندن نور، ژن per2 دوباره فعال شد و نوتروفیل‌ها عملکرد بهتری پیدا کردند. این یعنی چرخه شب و روز، فقط بر خواب و بیداری تأثیر ندارد، بلکه قدرت سیستم ایمنی را هم تنظیم می‌کند.
ژن‌های روزانه چگونه به سیستم ایمنی کمک می‌کنند؟
نقش ROS و ژن hmgb1a
قدرت کشتار واقعی نوتروفیل‌ها از ترکیبات اکسیژن فعال (ROS) می‌آید؛ مولکول‌هایی سمی که باکتری‌ها را نابود می‌کنند. تولید ROS به ژن دیگری به نام hmgb1a وابسته است.
فعال شدن per2 باعث افزایش بیان hmgb1a می‌شود که در نهایت منجر به تولید بیشتر ROS و قدرت کشتار بیشتر می‌گردد. اگر هر یک از این دو ژن دچار اختلال شوند، نوتروفیل‌ها توان مقابله خود را از دست می‌دهند.
حتی در تاریکی مطلق، اگر per2 یا hmgb1a بیش‌بیان شوند، پاسخ ایمنی بهبود می‌یابد. این نشان می‌دهد که مسیر ایمنی می‌تواند به‌صورت ژنتیکی فعال شود، بدون نیاز به نور مستقیم.
نور چگونه موجب تقویت نوتروفیل‌ها می‌شود؟
پروتئین‌های ترمز و گاز در سیستم ایمنی
در حالی‌که per2 نقش گاز را دارد، پروتئینی به نام Cry1a به‌عنوان ترمز عمل می‌کند. Cry1a فعالیت ساعت زیستی را سرکوب می‌کند و این سرکوب در سیستم ایمنی باعث کاهش کارایی نوتروفیل‌ها می‌شود.
ماهی‌ها و موش‌هایی که Cry1a غیرفعال داشتند، توان بهتری در مقابله با عفونت‌ها نشان دادند. نبود Cry1a باعث شد per2 و hmgb1a فعال بمانند و سطح ROS بالا حفظ شود.
مطالعه ژنتیکی ترکیبی
در آزمایش بعدی، ماهی‌های بدون per2 و Cry1a ایجاد شدند. این ماهی‌ها درست مانند گروهی که فقط Cry1a غیرفعال داشتند، رفتار کردند. یعنی عملکرد per2 از طریق مهار اثر منفی Cry1a صورت می‌گیرد.
در نهایت، نور تعادل را به نفع سیستم ایمنی برهم می‌زند.
پروتئین‌های فعال‌شونده با نور و تنظیم ژنی
منطقه ژنی CNS4
نوتروفیل‌ها برای فعال‌سازی hmgb1a از ناحیه‌ای به نام CNS4 در DNA استفاده می‌کنند. این ناحیه نقاط اتصال برای دو پروتئین مهم دارد: BMAL1 و NF-κB.
در حضور نور، BMAL1 به‌شدت به CNS4 متصل می‌شود و سلول را برای مقابله با عفونت آماده می‌سازد. اگر این ناحیه حذف یا BMAL1 مسدود شود، نوتروفیل‌ها قدرت پاسخ خود را از دست می‌دهند.
این ناحیه ژنی در بسیاری از مهره‌داران (ماهی‌ها، پرندگان، پستانداران) حفظ شده و نشان می‌دهد این مسیر ایمنی، تنها محدود به ماهی‌ها نیست.
پیامدهای کشف برای سلامت انسان
کاربردهای درمانی کشف جدید
پروفسور هال می‌گوید:
«با توجه به اینکه نوتروفیل‌ها اولین سلول‌های ایمنی هستند که به محل التهاب می‌رسند، این کشف می‌تواند برای درمان بسیاری از بیماری‌های التهابی سودمند باشد.»
داروهایی که ساعت زیستی نوتروفیل‌ها را هدف می‌گیرند، می‌توانند به افراد دارای نقص ایمنی کمک کنند. این داروها را می‌توان هم‌زمان با نور روز تجویز کرد تا اثربخشی بیشتری داشته باشند.
کمک به افراد با اختلال در چرخه نور
افرادی که شیفت شب کار می‌کنند یا از پروازهای طولانی رنج می‌برند، ممکن است به دلیل اختلال در چرخه نوری، ایمنی ضعیف‌تری داشته باشند. درمان‌های مبتنی بر نور یا داروهایی که مانند per2 عمل می‌کنند، می‌توانند تعادل را بازگردانند.
نوری برای درمان آینده؟
این یافته‌ها زمینه را برای تولید داروهایی فراهم می‌کند که ساعت زیستی نوتروفیل‌ها را هدف قرار داده و توان آنها برای مقابله با عفونت را افزایش دهند.
هرچند این تحقیق بر روی ماهی‌های گورخری انجام شده، اما ژن‌های کشف‌شده مانند per2، Cry1a، hmgb1a و CNS4 در انسان نیز وجود دارند.
پژوهش‌های آینده به دنبال رمزگشایی دقیق‌تر از نحوه تعامل نور با این سوییچ‌های مولکولی هستند. شاید روزی تنظیم ایمنی بدن به سادگی روشن کردن چراغ در زمان مناسب باشد.
این مطالعه در نشریه Science Immunology منتشر شده است.
