021-22889554
021-26703715
مشاوره آموزشی رایگان

021-22889554  |  021-26703715 مشاوره آموزشی رایگان

پوشش شکری سلولهای شما سعی در گفتن کدام حقیقت دارد

Carolyn Bertozzi

What the sugar coating on your cells is trying to tell you

Your cells are coated with sugars that store information and speak a secret language. What are they trying to tell us? Your blood type, for one -- and, potentially, that you have cancer. Chemical biologist Carolyn Bertozzi researches how sugars on cancerous cells interact with (and sometimes trick) your immune system. Learn more about how your body detects cancer and how the latest cancer-fighting medicines could help your immune system beat the disease.


تگ های مرتبط :

Biology, Cancer, Disease
این سخنرانی درباره شکر و سرطان است. وقتی در کالج بودم به شکر علاقه‌مند شدم. نه این نوع شکر. آن نوع شکری که استادهای زیست ما در مبحث پوشش سلولی به ما درس دادند. و شاید نمی‌دانستید که سلولهای شما از شکر پوشیده شده‌اند و من هم این را نمی‌دانستم، تا وقتی که این دوره‌ها را در کالج گذراندم ولی آن موقع‌ها-- یعنی دهه ۸۰ میلادی، مردم خیلی نمی‌دانستند که چرا سلولهای ما با شکر پوشیده شده‌اند و وقتی من یادداشتهایم را گشتم چیزی که نوشته بودم این بود که پوشش شکری روی سلولهای ما مثل پوشش شکری
بادام زمینی M&M است. و مردم فکر می‌کردند که پوشش شکری سلولهای ما مثل یک پوشش محافظ است که به نحوی سلولهای ما را قوی‌تر یا محکم‌تر می‌کند. ولی الان، که چند دهه گذشته، می‌دانیم که مساله خیلی پیچیده‌تر از آن است، و اینکه شکر روی سلولهای ما در حقیقت بسیار پیچیده‌اند. و اگر شما خودتان را به اندازه یک هواپیمای مینیاتوری کوچک کنید و روی سطح سلولهای خود پرواز کنید، احتمالاً چیزی شبیه این را می‌بینید-- با ویژگیهای جغرافیایی و الان، این شکرهای پیچیده، این درختان و تپه‌ها هستند-- بیدهای مجنونی که در باد تاب می‌خورند
و همراه موجها حرکت می‌کنند. و وقتی شروع کردم به فکر کردن درباره این شکرهای پیچیده، که مثل شاخ و برگ روی سلولهای ما هستند، این مساله به یکی از جذاب‌ترین مشکلاتی تبدیل شد که به عنوان یک زیست شناس و یک شیمیدان با آن مواجه شده بودم. و حالا قصد داریم درباره این شکرها که سطح سلولهایمان را اشغال کرده اند بعنوان یک زبان فکر کنیم. آنها اطلاعات زیادی در ساختارهای پیچیده ذخیره کرده‌اند. اما آنها سعی دارند چه چیزی را به ما بگویند؟ می‌توانم بگویم که ما اطلاعاتی را داریم که از این شکرها بدست آمدند، و معلوم شده که در جهان پزشکی از اهمیت
شگفت‌انگیزی برخوردارند. برای مثال، یکی از چیزهایی که شکرهای شما به ما می‌گویند گروه خونی شما است. بنابراین سلولهای خونی شما، سلولهای خون قرمزتان، با شکر پوشیده شده و ساختارهای شیمیایی آن شکرها گروه خونی شما را تعیین می‌کند. خب برای مثال، من می‌دانم که گروه خونی من O است. چند نفر دیگر گره خونی O دارند؟ دستتان را بالا ببرید. از نوع خیلی معمول است. پس وقتی دستهای کمی بالا می‌رود یا حواستان نیست یا گروه خونی خود را نمی‌دانید و هر دو اینها بد است. (خنده) برای آن دسته از شما که مثل من خون گروه O دارید،
به این معناست که ما این ساختار شیمیایی را در سطح سلولهای خون خود داریم: سه شکر ساده به هم متصل شده‌اند تا شکری پیچیده تر را بسازند. و آن طبق تعریف گروه خونی O است. حالا، چه تعداد از مردم گروه خونی A دارند؟ درست اینجا. این یعنی که شما در سلولهایتان یک آنزیم دارید که یک واحد سازنده دیگر را اضافه می‌کند، آن شکر قرمز، برای ساخت یک ساختار پیچیده‌تر. و چه تعداد خونشان نوع ‌B است؟ تعداد نسبتاً کمی. آنزیم شما نسبتا کمی متفاوت از افراد گروه خونی A است، پس یک ساختار کمی متفاوت را می‌سازید،
و آن دسته از شما که AB هستید آنزیم را از مادرتان گرفتید و آن یکی را از پدرتان، و اکنون هردو این ساختارها را تقریباً به یک اندازه ساختید. و وقتی این کشف اتفاق افتاد، که در قرن گذشته بود، که منجر به ممکن شدن یکی از مهمترین شیوه‌های پزشکی در دنیا شد، که البته انتقال خون است. و با دانستن گروه خونی خود، می‌توانیم مطمئن شویم اگر نیاز به انتقال خون شود، اهدا کننده شما از همان گروه خونی باشد، بنابراین جسم شما شکرهای بیگانه‌ای را نمی‌بیند، که دوست ندارد و قطعاً آنها را پس خواهد زد. چه چیزهای دیگری را شکرهای موجود در سطح سلولها سعی دارند بگویند؟
خب، آن شکرها شاید به ما بگویند که سرطان دارید. همین چند دهه پیش، ارتباطات از آنالیز بافت تومور شروع به ظاهر شدن کرد. و سناریو معمولی بیماری است که تومورش تشخیص داده شده، و تومور طبق روال بیوپسی برداشته خواهد شد و برای تشخیص آسیب به آزمایشگاه فرستاده ‌می‌شود جایی که آن بافت برای تغییرات شیمیایی آنالیز خواهد شد که شاید به سرطان‌شناس درباره بهترین مسیر درمان اطلاعاتی دهد. و آنچه از مطالعات آنچنانی حاصل شد این است که شکرها تغییر کرده‌اند وقتی سلول از سالم به بیمار تغییر می‌کند. و آن ارتباطات بارها و بارها تکرار شده‌اند.
اما سوال بزرگ در این زمینه این است که چرا؟ چرا سرطانها شکرهای مختلف دارند؟ اهمیت آن چیست؟ این اتفاق چرا میافتد و چه کاری می‌توانیم انجام دهیم اگرمعلوم شود که به فرایند بیماری مرتبط است؟ بنابراین یکی از تغییرات مورد بررسی ما افزایش تراکم یک شکر خاص است که سیالیک اسید نام دارد. و فکر می‌کنم یکی از مهمترین شکرهای زمانهای ما باشد، بنابراین مایلم همه شما را تشویق به آشنایی با این جهان کنم. سیالیک اسید از نوع شکریی نیست که می‌خوریم. شکرهای متفاوتی هستند. این نوع شکر در واقع در سطوحی خاص
در تمامی سلولهای بدن شما یافت می‌شود. نسبتاً در سلولهای شما معمول هستند. اما به دلایلی، سلولهای سرطان، حداقل در یک بیماری موفق در حال پیشرفت سیالیک اسیدی بیشتری نسبت به یک سلول عادی سالم دارند. و چرا؟ این یعنی چه؟ خب آنچه ما فهمیدیم این است که به سیستم ایمنی شما ربط دارد. پس بگذارید کمی برایتان درباره اهمیت سیستم ایمنی شما در سرطان بگویم. و این چیزی است که فکر می‌کنم این روزها زیاد در اخبار باشد. فکر کنم مردم شروع به آشنایی با این عبارت
«درمان ایمنی سرطان» کرده باشند. و برخی از شما حتی کسانی را بشناسید که از این روشهای بسیار جدید درمان سرطان بهره می‌برند. آنچه اکنون می‌دانیم این است که سلولهای ایمنی شما که همان سلولهای خونی سفید جاری در جریان خون هستند روزانه مراقب خراب نشدن اوضاع هستند-- از جمله سرطان. و خب در این تصویر، این توپ‌های سبز کوچک سلولهای ایمنی شما هستند، و آن سلول صورتی بزرگ یک سلول سرطانی است. و این سلولهای ایمنی همه جا می‌روند و سلولهای بدن شما را مزه می‌کنند. این شغل آنهاست. و اغلب، سلولها خوشمزه‌اند.
اما هر از گاهی یک سلول ممکن است بدمزه باشد. احتمالا آن یک سلول سرطانی است، و وقتی آن سلول‌های ایمنی متوجه مزه بد می‌شوند، آنها حمله فوری را آغاز می‌کنند و آن سلول‌ها را می‌کشند. خب ما این را می‌دانیم. همین‌طور می‌دانیم که اگر شما بتوانید آن مزه کردن را موثرتر کنید، سلولهای ایمنی را تشویق به گرفتن لقمه بزرگی از سلول سرطانی کنید، در محافظت روزانه خود در برابر سرطان عملکرد بهتری خواهید داشت. و شاید حتی سرطان را درمان کنید. و الان چندتایی آن بیرون دارو هست که در درمان بیماران سرطانی استفاده می‌شود که دقیقاً با این فرایند کار می‌کنند.
آنها سیستم ایمنی را فعال می‌کنند تا سیستم ایمنی بتواند در محافظت از ما علیه سرطان سرسخت‌تر باشد. در واقع، یکی از آن داروها شاید در نجات جان جیمی کارتر رییس جمهور موفق بوده است. خاطرتان هست که رییس جمهور کارتر ملانومای بدخیم داشت که در مغزش متاستاز شده بود، و آن تشخیص از همانهایی است که معمولاً با ارقامی مثل «تا چند ماه دیگر» همراه است. اما او با یکی از همین داروهای شبیه ساز ایمنی جدید مداوا شد، و اکنون ملانومای او در حال بهبودی به نظر می‌رسد، که قابل توجه است، با توجه به وضعیت چند سال قبل.
در واقع بسیار قابل توجه است که اظهارات بحث انگیز مثل این یکی: مردم می‌گویند با این داروهای درمان ایمنی، «سرطان یک لحظه پنی سیلینی دارد.» منظورم این است که ابراز چنین حرفی درباره بیماری که مدتهای مدیدی است با آن مبارزه می‌کنیم و اغلب یک جنگ محکوم به باخت است واقعاً برجسته است. خب این خیلی هیجان انگیز است. الان این چه ربطی به شکرها دارد؟ چیزیی را که یاد گرفتم برایتان می‌گویم. وقتی یک سلول ایمنی خودش را به یک سلول سرطانی می‌چسباند تا آن را مزه کند. دنبال نشانه‌های بیماری می‌گردد، و اگر آن نشانه‌ها را پیدا کند،
سلول فعال می‌شود و شروع به حمله موشکی می‌کند و سلول را می‌کشد. اما اگر سلول سرطان تراکم جنگلی از آن شکر را دارد، یعنی سیالیک اسید، خب در شروع، مزه‌اش خوب خواهد بود. و یک پروتئین در سلولهای ایمنی هست که سیالیک اسید را می‌گیرد، و اگر آن پروتئین در سیناپس بین سیستم ایمنی و سلول سرطان گیر بیفتد، سیستم سرطانی را می‌خواباند. سیالیک اسیدها به سلول ایمنی می‌گویند، « هی، این سلول خوبه، چیزی برای دیدن وجود نداره، حرکت کن. جای دیگر را ببین.» بنابراین بعبارت دیگر، تا مادامی که سلولهای ما لایه ضخیمی از سیالیک اسید را می‌پوشند، محشر به نظر می‌رسند، درسته؟
شگفت آور است. و چطور می‌شود اگر بتوانید آن پوشش را بکنید و آن شکر را جدا کنید؟ خب سیستم ایمنی شما شاید قادر باشد آن سلول سرطانی را برای آنچه واقعا هست ببیند: چیزی که نیاز به نابودی دارد. و این کار را در آزمایشگاه‌مان انجام می‌دهیم. در حال ساخت داروهای جدیدی هستیم که عمدتاً به چمن زنهای سطح سلولی می‌مانند-- مولکولهایی که زیر سطح این سلولهای سرطانی می‌رود و آن سیالیک اسیدها را از ته می‌برد. بنابراین آن سیستم ایمنی به پتانسیل کامل خود در حذف آن سلولهای سرطانی از بدن ما دست می‌یابد.
بنابراین در خاتمه، بگذارید فقط یکبار دیگر به شما یادآوری کنم: سلولهای شما پوشیده با شکر است. شکرهایی که به سلولهای اطراف آن سلول می‌گویند آن سلول خوب است یا بد. و این مهم است، چون سیستم ایمنی ما نیاز دارد سلولهای خوب را تنها بگذارد. والا، به بیماریهای خودایمنی دچار می‌شویم. اما هر از گاهی، سرطانها این توانایی را دارند این شکرهای جدید را توضیح دهند. و حالا که ما پی بردیم چطور آن شکرها سیستم ایمنی را فرو می‌برند، میتوانیم داروهای جدید برای بیدار کردن آن سلولهای ایمنی را ارائه دهیم،
به آنها بگوییم: « بیخیال شکرها شوید، سلولها را بخورید و به حساب سرطان، از غذای لذیذتان لذت ببرید.» متشکرم. (تشویق)
This is a talk about sugar and cancer. I became interested in sugar when I was in college. Not this kind of sugar. It was the sugar that our biology professors taught us about in the context of the coating of your cells. Maybe you didn't know that your cells are coated with sugar. And I didn't know that, either, until I took these courses in college, but back then -- and this was in, let's just call it the 1980s -- people didn't know much about why our cells are coated with sugar. And when I dug through my notes, what I noticed I had written down
is that the sugar coating on our cells is like the sugar coating on a peanut M and M. And people thought the sugar coating on our cells was like a protective coating that somehow made our cells stronger or tougher. But we now know, many decades later, that it's much more complicated than that, and that the sugars on our cells are actually very complex. And if you could shrink yourself down to a little miniature airplane and fly right along the surface of your cells, it might look something like this -- with geographical features. And now, the complex sugars are these trees and bushes --
weeping willows that are swaying in the wind and moving with the waves. And when I started thinking about all these complex sugars that are like this foliage on our cells, it became one of the most interesting problems that I encountered as a biologist and also as a chemist. And so now we tend to think about the sugars that are populating the surface of our cells as a language. They have a lot of information stored in their complex structures. But what are they trying to tell us? I can tell you that we do know some information
that comes from these sugars, and it's turned out already to be incredibly important in the world of medicine. For example, one thing your sugars are telling us is your blood type. So your blood cells, your red blood cells, are coated with sugars, and the chemical structures of those sugars determine your blood type. So for example, I know that I am blood type O. How many people are also blood type O? Put your hands up. It's a pretty common one, so when so few hands go up, either you're not paying attention or you don't know your blood type, and both of those are bad.
(Laughter) But for those of you who share the blood type O with me, what this means is that we have this chemical structure on the surface of our blood cells: three simple sugars linked together to make a more complex sugar. And that, by definition, is blood type O. Now, how many people are blood type A? Right here. That means you have an enzyme in your cells that adds one more building block, that red sugar, to build a more complex structure. And how many people are blood type B?
Quite a few. You have a slightly different enzyme than the A people, so you build a slightly different structure, and those of you that are AB have the enzyme from your mother, the other enzyme from your father, and now you make both of these structures in roughly equal proportions. And when this was figured out, which is now back in the previous century, this enabled one of the most important medical procedures in the world, which, of course, is the blood transfusion. And by knowing what your blood type is, we can make sure, if you ever need a transfusion,
that your donor has the same blood type, so that your body doesn't see foreign sugars, which it wouldn't like and would certainly reject. What else are the sugars on the surface of your cells trying to tell us? Well, those sugars might be telling us that you have cancer. So a few decades ago, correlations began to emerge from the analysis of tumor tissue. And the typical scenario is a patient would have a tumor detected, and the tissue would be removed in a biopsy procedure and then sent down to a pathology lab where that tissue would be analyzed to look for chemical changes that might inform the oncologist about the best course of treatment.
And what was discovered from studies like that is that the sugars have changed when the cell transforms from being healthy to being sick. And those correlations have come up again and again and again. But a big question in the field has been: Why? Why do cancers have different sugars? What's the importance of that? Why does it happen, and what can we do about it if it does turn out to be related to the disease process? So, one of the changes that we study is an increase in the density of a particular sugar that's called sialic acid. And I think this is going to be one of the most important sugars
of our times, so I would encourage everybody to get familiar with this word. Sialic acid is not the kind of sugar that we eat. Those are different sugars. This is a kind of sugar that is actually found at certain levels on all of the cells in your body. It's actually quite common on your cells. But for some reason, cancer cells, at least in a successful, progressive disease, tend to have more sialic acid than a normal, healthy cell would have. And why? What does that mean?
Well, what we've learned is that it has to do with your immune system. So let me tell you a little bit about the importance of your immune system in cancer. And this is something that's, I think, in the news a lot these days. You know, people are starting to become familiar with the term "cancer immune therapy." And some of you might even know people who are benefiting from these very new ways of treating cancer. What we now know is that your immune cells, which are the white blood cells coursing through your bloodstream, protect you on a daily basis from things gone bad --
including cancer. And so in this picture, those little green balls are your immune cells, and that big pink cell is a cancer cell. And these immune cells go around and taste all the cells in your body. That's their job. And most of the time, the cells taste OK. But once in a while, a cell might taste bad. Hopefully, that's the cancer cell, and when those immune cells get the bad taste, they launch an all-out strike and kill those cells. So we know that. We also know that if you can potentiate that tasting,
if you can encourage those immune cells to actually take a big old bite out of a cancer cell, you get a better job protecting yourself from cancer every day and maybe even curing a cancer. And there are now a couple of drugs out there in the market that are used to treat cancer patients that act exactly by this process. They activate the immune system so that the immune system can be more vigorous in protecting us from cancer. In fact, one of those drugs may well have spared President Jimmy Carter's life. Do you remember, President Carter had malignant melanoma
that had metastasized to his brain, and that diagnosis is one that is usually accompanied by numbers like "months to live." But he was treated with one of these new immune-stimulating drugs, and now his melanoma appears to be in remission, which is remarkable, considering the situation only a few years ago. In fact, it's so remarkable that provocative statements like this one: "Cancer is having a penicillin moment," people are saying, with these new immune therapy drugs. I mean, that's an incredibly bold thing to say about a disease
which we've been fighting for a long time and mostly losing the battle with. So this is very exciting. Now what does this have to do with sugars? Well, I'll tell you what we've learned. When an immune cell snuggles up against a cancer cell to take a taste, it's looking for signs of disease, and if it finds those signs, the cell gets activated and it launches a missile strike and kills the cell. But if that cancer cell has a dense forest of that sugar, sialic acid, well, it starts to taste pretty good. And there's a protein on immune cells that grabs the sialic acid,
and if that protein gets held at that synapse between the immune cell and the cancer cell, it puts that immune cell to sleep. The sialic acids are telling the immune cell, "Hey, this cell's all right. Nothing to see here, move along. Look somewhere else." So in other words, as long as our cells are wearing a thick coat of sialic acid, they look fabulous, right? It's amazing. And what if you could strip off that coat and take that sugar away? Well, your immune system
might be able to see that cancer cell for what it really is: something that needs to be destroyed. And so this is what we're doing in my lab. We're developing new medicines that are basically cell-surface lawnmowers -- molecules that go down to the surface of these cancer cells and just cut off those sialic acids, so that the immune system can reach its full potential in eliminating those cancer cells from our body. So in closing, let me just remind you again: your cells are coated with sugars. The sugars are telling cells around that cell
whether the cell is good or bad. And that's important, because our immune system needs to leave the good cells alone. Otherwise, we'd have autoimmune diseases. But once in a while, cancers get the ability to express these new sugars. And now that we understand how those sugars mesmerize the immune system, we can come up with new medicines to wake up those immune cells, tell them, "Ignore the sugars, eat the cell and have a delicious snack, on cancer." Thank you. (Applause)