פרופ’ (אמריטוס) בן-עמי סלע, המכון לכימיה פתולוגית, מרכז רפואי שיבא, תל-השומר; החוג לגנטיקה מולקולארית וביוכימיה (בדימוס), הפקולטה לרפואה סאקלר, אוניברסיטת תל-אביב.
"הצורה" המולקולרית של נוגדן גם כן פוענחה באותו פרק זמן:
בין השנים 1959 ו-1962, ג'רלד אדלמן מאוניברסיטת רוקפלר בניו-יורק (Edelman ו-Poulik ב-Journal of Experimental Medicine משנת 1961), ורודני פורטר (Porter ב-Biochemical Journal משנת 1959) מאוניברסיטת Oxford, גילו שרוב הנוגדנים הם בעלי צורתY אך למספר תת-קבוצות של נוגדנים יש שינויים בצורה זו. שני חוקרים אלה זכו במשותף בפרס נובל לרפואה בשנת 1972.
שני "שיני המזלג" החיצוניים של מבנה Y נקשרים לאנטיגן, ואילו הגזע של הנוגדן הוא בעל תפקידים רבים. מקרופאגים לדוגמה, עושים שימוש בגזע הנוגדן ללכוד חיידקים, נגיפים ופרגמנטים פפטידיים אליהם קשור נוגדן, ובולעים אותם בפגוציטוזה.
לגזע של מולקולת הנוגדן ישנן מטרות נוספות בהיתו "מגרה" רצף של גורמים חיסוניים טוקסיים על מנת שיתקפו חיידקים פולשים. הגנטיקה המסבירה כיצד תאי חיסון מייצרים רפרטואר כה רחב של נוגדנים, כאשר כל תא מייצר נוגדן ייחודי, פוענחה אף היא שלב אחר שלב, על ידי Susumu Tonegawa (חתן פרס נובל משנת 1987) וכן על ידי Leroy Hood ו-.Phil Leder בתהליך זה יש דשדוש מבוקר של DNA בתאי B, דהיינו ברקומבינציה של מוֹדוּלים גנטיים, המלווים על ידי מוטציות נוספות ליצירת נוגדן "בשל", אסטרטגיה שהוצעה שנים קודם לכן על ידי Lederberg על סמך אינטואיציה טובה.
בשנת 1961, סטודנט צעיר בלונדון, ,Jacques Miller גילה את תפקידו של איבר אנושי שמדענים רבים שכחו אותו מזה שנים. בלוטת ההרת (או ה-thymus) הקרויה כך על בסיס הדמיון בין צורתה לבין צורת העלים של הצמחThyme (קוֹרָנִית או תִּימִין), איבר שגלניוס המיתולוגי תאר כ"בלוטה גדולה ורכה הממוקמת מעל הלב".
כבר גלניוס היווני מהמאה השנייה לספירה, ציין שהתימוס היא בלוטה מורכבת מבחינת חשיבותה, בפרט כאשר אנשים מגיעיפ לגיל מתקדם. למעשה כאשר הורחק התימוס מחיות מבוגרות, לא קרה שום אירוע משמעותי.
ומה בכל זאת משמעותו של הטימוס בחיי האדם? אכן, מדענים רבים סברו שהתימוס אינו אלא שפוֹכת מנוונת שנותרה מאחור בתהליך האבולוציוני, מין "ספח זנב" התלוי מעל הלב.
אך האם ייתכן שלתימוס היה תפקיד בשלב התפתחות העובר? תוך שימוש במלקטיים זעירות, Miller הרחיק את התימוס הזעיר מעכברים 16 שעות לאחר הלידה.
ההשפעה הייתה בלתי צפויה ודרמטית: לימפוציטים בדם, אותם תאים לבנים שאינם מקרופאגים או מונוציטים, פחתו באופן דרמטי והעכברים הפכו להיות רגישים במיוחד להדבקות וזיהומים. תאי B פחתו במספרם באופן ניכר, ואף תאי דם לבנים אחרים, חלקם אף כאלה שלא היו מוכרים קודם לכן נעלמו באופן עוד יותר בולט.
רבים מהעכברים מתו מהדבקות נגיף הפאטיטיס של עכברים, ורבים אחרים ששרדו הכילו מושבות של פתוגנים בקטריאליים בטחול שלהם.
באמצע שנות ה-60 הגיע Miller למסקנה שהתימוס הוא אתר הבשלות של סוג שונה של תאי חיסון, והכוונה לתאי T ולא לתאי B, כאשר הכינוי תא T נגזר מ- T-hymus. באופן בלתי תלוי, גם Max Cooper גילה שקיימים שני סוגים של לימפוציטים, ושהתימוס היה האיבר בו חלה ההבשלה של תאיT (Cooper וחב' ב-Nature משנת 1965).
אך אם תאי B מייצרים נוגדנים להשמיד חיידקים פתוגניים, מה תפקידם של תאי T? בשנות ה-1970 שני אימונולוגים אוסטרליים, Rolf Zinkernagel ו-Peter Doherty, סיפקו את הרמז הראשון.
הם החלו עם התאים הקרויים killer T cells: תאי T אלה מזהים תאים מודבקים עם נגיפים, מחוררים את ממברנת התאים המודבקים, ומחדירים לתוכם טוקסינים, ובכך גורמים לתאים אלה להצטמק ולמות, ועל ידי כל להמית את הנגיף בתאים המתים.
תאי T אלה מוגדרים כתאים ציטוטוקסיים או killer T cells, והם נושאים על פניהם סמן והוא החלבון CD8 (Zinkernagel ו-Doherty ב-Nature משנת 1974). אך הדבר הייחודי שגילו שני חוקרים אלה באשר לפעילות תאי T החיוביים ל-CD8, הוא שלתאים אלה הייתה יכולת לזהות הדבקה נגיפית רק בהקשר של "self", דהיינו רק אם תאי T והתאים המודבקים היו מאותו זן של עכברים.
היה זה כאילו תא T מבחין שמדובר בתא השייך לאותו גוף עצמו, וכן האם תא T מסוגל להבחין האם התא אותו הוא פוגש נדבק על ידי חיידק או על ידי נגיף?
תוך שימוש בטכניקות גנטיות, Zinkernagel ו-Doherty ייחסו את זיהוי ה-selfness למולקולה הידועה כ-MHC או קומפלקס של ,major histocompatibility class I חלבון המופיע באלפי וריאנטים.
כל אחד מאיתנו נושא קומבינציה ייחודית של גנים המקודדים ל-.MHC class I זהו אכן אותו self MHC שתא T מזהה תחילה, כאשר בלעדי אותו ,MHCתא T אינו רואה את התמונה. הניסויים של Zinkernagel-Doherty פתרו רק מחצית מהבעיה הלוגית.
נותרה השאלה כיצד תא CD8 יכול לזהות תא self עם וירוס בתוכו? Alain Townsend איש Oxford, התמסר לניסיון לפתור שאלה זו בשנות ה-90 של המאה ה-20, והתחיל את ניסוייו עם תאיCD8 killer T ונגיףinfluenza . אחדים מאותם T killer cells "התעוררו" על ידי ההדבקה בנגיף השפעת, וספציפית יותר על ידי חלבון של הנגיף הידוע כ-NP, המצוי בתוך התאים המודבקים בנגיף (Townsend וחב' ב-Cell משנת 1986).
אך כאן מתחיל המסתורין: חלבון זה, ,NP היה ממוקם בתוך התא ולא התבטא על פני התא. כיצד אם כן ניתן היה לזהותו על ידי אותם killer cells ? בשנות ה-80 פורסמו מספר גילויים מכריעים על ידי Townsend שעזרו לפענח את החידה האמורה: תאי CD8 killers לא זיהו את ה-NP גם אם בחלקו הוא בצבץ מחוץ לפני התא. למעשה, תאי killer זיהו את הפפטידים הנגיפיים שהם פיסות קטנות, או פרגמנטים של החלבון הנגיפי,.NP ובאופן קריטי, פפטידים נגיפים אלה היו צריכים להיות מוצגים לתאי T בצורה "הנכונה", דהיינו כאשר הם נישאים על ידי החלבוןclass I MHC אותו חלבון ממש ש-Zinkernagel ו-Doherty ייחסו לו השתתפות בתגובת ה-killer T cell. חלבון class I MHC משמש למעשה כנשא של הפפטיד הנגיפי המאפשר את ההכרה של הדבקה נגיפית על ידי CD8 T cell.
בשנות ה-90 מחקר מקביל ובלתי תלוי של Emil Unanue החל לפרש את הזיהוי החיסוני של חיידקים המופנמים על ידי תאים בגישה מצ'ניקובית. ברגע שחיידקים אלה נבלעו בתהליך פגוציטוזה על ידי תאים, חיידקים אלה ותוצרי הפסולת שלהם מכוונים לאברונים תוך-תאיים, כגון ליזוזומים, בהם מרוכזים אנזימים פרוטאוליטים ואחרים, המסוגלים לפרק חלבונים לפפטידים קצרים. באנלוגיה לממצאיו שלTownsend , פרגמנטים פפטידיים אלה של החיידקים, קשורים על ידי קבוצה של חלבונים נשאים הידועים כ-class II MHCs המציגים את הפפטידים החיידקיים לתאיT (Harding ו-Unanue ב-Nature משנת 1990).
אך בנקודה זו התגובה החיסונית הופכת למגוונת יותר, מתפצלת ונוטלת על עצמה שלב התקפתי נוסף: תת-קבוצה שנייה של תאי T, הקרויים תאים +CD4, חשה באותם פרגמנטים פפטידיים הנישאים על גבי MHC-II. אך במקום להרוג את התאים המודבקים, תאי CD4 מגרים את תאי B להתחיל בסינתזה של נוגדנים. תאי CD4 מפרישים כימיקלים הכוללים ציטוקינים, המגבירים את יכולתם של מקרופאגים להיות ניידים יותר, מגבירים את כושר הפגוציטוזה שלהם, ומגרים תאי חיסון נוספים לאתגר את ההדבקה.
בחסר של תאי ,CD4 נכשל המעבר משלב הזיהוי של הפתוגן לשלב של יצירת נוגדנים על ידי תאי B. בגין כל אותן תכונות, ובעיקר בגין הסיוע שהם מעניקים ליצירת נוגדנים על ידי תאי B, סוג זה של תאים קרוי ""helper T cells.
הצגה סכמתית של מספר תיאוריות חשובות בהקשר של יצירת נוגדנים:
((A תיאוריית ה-side chain של Ehrlich: תאי חיסון מציגים על פניהם אוסף עצום של קולטנים או side chains (1); כאשר טוקסין מגיב עם side chain ספציפי (2), התא החיסוני משופעל ומגיב ביצירת side chains נוספים (3); אז, הקולטנים משתחררים אל זרם הדם כ-side chains מסיסים שהם למעשה magic bullets (4).
(B) המודל הלִמּוּדִי שלLinus Pauling : קיימים שישה שלבים משוערים שונים של יצירת נוגדן כתוצאה מאינטראקציה עם אנטיגן. האנטיגן שוהה בנקודה של יצירת הנוגדן, והאחרון נוצר באופן שהוא עוטף את מולקולת האנטיגן (1). הקצוות של הנוגדן מסתלסלות בקונפיגורציה מַשְׁלִימה לקבוצות על פני האנטיגן ונקשרות לאותן קבוצות (2). מרכז הקומפלקס הזה משתחרר אז משתי הקצוות שלו, וגורם לאחד משני דברים להתרחש. אם הכוחות בין שתי הקצוות של הקומפלקס חזקים בצורה מספקת, שני הקצוות ימשיכו להיות קשורים לאנטיגן, ויצירת הנוגדן לעולם לא תושלם (3).
אך אם הכוחות בין שני קצוות הקומפלקס והאנטיגן יהיו חלשים, אחד משני הקצוות ישתחרר מאחיזתו את האנטיגן (4). אם מניחים שאחד משני הקצוות משתחרר מהאנטיגן, מרכז השרשרת מסתלסל לצורת הקונפיגורציה היציבה ביותר, ליצירת נוגדן שלם (5). בסוף התהליך, הנוגדן יתנתק מהאנטיגן ו"יפליג לדרכו" (6).
בתחתית B מוצגת מולקולת אנטיגן המוקפת על ידי מולקולות נוגדן המחוברות אליו במצב של ריוויון.
(C) תיאוריית ה-clonal selection של Burnet: תא גזע המטופויאטי (1) עובר התמיינות ורה-ארגון גנטי לייצר לימפוציטים בלתי-בשלים עם קולטנים אנטיגניים רבים (2); התאים הנקשרים לאנטיגנים מרקמות הגוף עצמו (self antigens) מושמדים (3), ואילו תאים אחרים עוברים הבשלה והופכים ללימפוציטים בלתי פעילים (4); תאים העוברים הבשלה על ידי אנטיגן זר (5) יכולים ליצור clones עצמיים רבים (6).
נמשיך ונדון בהיסטוריה של האימונולוגיה במאמר ההמשך.
בברכה, פרופ' בן-עמי סלע
08/05/2022
לקריאת כל הכתבות של פרופ' בן-עמי סלע לחץ כאן
