یاخته‌های قاتل در دستگاه ایمنی بدن

دستگاه ایمنی، هم ممکن است باعث نجات ما باشد و هم موجب نابودی ما. این دستگاه در برابر باکتری‌ها، ویروس‌ها، و دیگر میکروب‌های زیانمند از ما محافظت می‌کند. اما از طرف دیگر امکان دارد پیوندهای کلیه، قلب، و مغز استخوان را، که گاهی برای ادامه‌ی حیات ضروری هستند، رد کند. دستگاه ایمنی پیوند عضوی را که از دوقلویی همسان باشد می‌پذیرد، اما عضوی را که از فردی غریبه یا حتی یکی دیگر از اعضای خانواده پیوند شده باشد از بین می‌برد. این دستگاه در بیماری‌های خودایمنی مانند «اسکلروز متعدد»، چنان به بافت‌های سالم حمله می‌کند که گویی مهاجمان آسیب‌زا هستند. از این رفتار دستگاه ایمنی می‌توان دریافت که این مجموعه در حالت طبیعی میان «خودی»، یعنی بافتی که از نظر ژنتیکی با بافت طبیعی بدن یکسان است، و «بیگانه»، یا ماده‌ای که از نظر ژنتیکی تفاوت دارد، فرق می‌گذارد.
علی رغم صد سال بحث و نظریه‌پردازی، اصول و سازوکارهای فرایند تشخیص خودی از بیگانه تا همین چندی پیش در پرده‌ای از ابهام بودند. تنوع گسترده‌ی یاخته‌های ایمنی و مولکول‌های گیرنده، که دستگاه ایمنی را قادر می‌سازند تا انواع گوناگون مواد خودی و بیگانه را که روی هم رفته پادگن‌ها یا پادزاها (آنتی‌ژن‌ها) نامیده می‌شوند شناسایی کند، سبب شد تجزیه و تحلیل یافته‌های تجربی به کندی انجام گیرد.
یک فرضیه، که به فرضیه‌ی حذف دودمانی معروف است، بیش از همه باعث اختلاف نظر بوده است. طبق این فرضیه، دستگاه ایمنی در ابتدا یاخته‌هایی دارد که بالقوه توانایی حمله به بافت‌های بدن را دارند، اما این یاخته‌ها قبل از آن که فرصتی برای آسیب رساندن داشته باشند به نحوی حذف می‌شوند. گرچه بیان کلیات چنین مفهومی ساده است، تعیین این که آیا چنین حذف‌هایی واقعاً صورت می‌گیرند یا نه، و بحث درباره‌ی جزئیات چگونگی آن‌ها، تا زمانی که فنون ژنتیکی امروزی عرضه نشده بودند با دشواری همراه بود.
ولی دانشمندان با استفاده از این فنون، موش‌هایی به وجود آوردند که دستگاه ایمنی‌شان به جای صد میلیون نوع گیرنده‌ی پادگن، تنها یک نوع می‌سازد. آن گاه در جانوران مختلف با دنبال کردن مسیر تکامل یاخته‌هایی که چنین گیرنده‌ای داشتند، توانستند وجود حذف دودمانی را اثبات کنند، و با دقتی که تا آن هنگام ممکن نبود، چگونگی شناسایی خودی از بیگانه را شرح دهند. ممکن است درک بهتر آن‌ها از سازوکارهای یاخته‌ای و مولکولی تشخیص خودی از بیگانه، سرانجام به اتخاذ روش‌های درمانی منطقی‌تری برای درمان اختلالات ایمنی، نظیر کمبود ایمنی و خودایمنی، و پیش‌گیری از رد پیوند، منجر شود.
توضیح تصویر: یاخته‌ی T قاتل (سمت چپ)، به یاخته‌ای سرطانی حمله می‌کند و آن را از بین می‌برد. برای آن که یاخته‌های T و دیگر اجزای دستگاه ایمنی با بیماری مقابله کنند، لازم است است اجزای «خودی» بدن را از یاخته‌های ناهنجار و «بیگانه» تشخیص دهند. پژوهشگران کشف کرده اند که چگونه دستگاه ایمنی یاخته‌های T گیرنده‌داری را که قادر به تشخیص این یاخته‌ها از یک‌دیگر باشند انتخاب می‌کند.
برای آن که محققین این زمینه بتوانند آن چه را که آن‌ها و دیگر پژوهشگران درباره‌ی چگونگی تشخیص خودی از بیگانه آموخته‌اند توضیح دهند، و آزمایش‌هایی که آن‌ها را به این آگاهی راهنمایی کردند تشریح کنند، لازم است نخست مطالبی را درباره‌ی اجزا و چگونگی تکامل دستگاه ایمنی روشن سازند. بخش عمده‌ای از دستگاه ایمنی انسان‌ها و جانوران دیگر، از میلیون‌ها گویچه‌ی سفید خون به نام لنف یاخته‌ها (لنفوسیت‌ها) تشکیل شده است. از نظر ظاهری، هر لنف یاخته تفاوتی با بقیه ندارد. درواقع هر دودمان، یا گروهی از یاخته‌ها که از لحاظ ژنتیکی یکسانند، از این رو با بقیه تفاوت دارد که بر سطح خود چندین هزار نسخه از گیرنده‌ی پروتئینی منحصر به فرد را حمل می‌کند. هر گیرنده، مانند قفلی که تنها با یک نوع کلید باز می‌شود، به یک پادگن اتصال می‌یابد. از لحاظ ساختاری، گیرنده‌ها از یک بخش ثابت، که بر بسیاری از لنف یاخته‌ها یکسان است، و یک بخش متغیر، که ویژه‌ی هر لنف یاخته است و امکان اتصال گیرنده را با پادگن مخصوص خود فراهم می‌آورد، تشکیل شده‌اند.
لنف یاخته‌ها را می‌توان گذشته از اختلاف در گیرنده‌های پادگن، بر اساس منشأ و وظیفه‌شان در دستگاه ایمنی، به گروه‌هایی تقسیم کرد. لنف یاخته‌هایی که در تیموس (غده‌ای اسفنجی پشت استخوان جناغ) به بلوغ می‌رسند، به یاخته‌های T موسومند؛ در عوض، آن‌هایی که در مغز استخوان نمو می‌یابند یاخته‌های B نامیده می‌شوند. یاخته‌های B برخلاف یاخته‌های T قادرند گیرنده‌های خود را ترشح کنند، که در جریان خون به صورت پادتن‌ها (آنتی بادی‌ها یا آنتی کورها) گردش می‌کنند. یاخته‌های T به نحو دیگری در برابر پادگن واکنش نشان می‌دهند، و بر همین مبنا می‌توان آن‌ها را به دو زیر گروه تقسیم کرد.
مهاجم‌ترین لنف یاخته‌ها، یاخته‌های T یاخته‌کُش (سیتوتوکسیک)، یا به عبارتی دیگر یاخته‌های T «قاتل» هستند. هدف اصلی محققین، بازرسی یاخته‌های دیگر جهت شناسایی نشانه‌های عفونت ویروسی و اختلالات دیگر مانند تبدیل به یاخته‌های سرطانی است. ویروس‌ها درون یاخته‌ی میزبان پنهان می‌شوند، و آن قدر تکثیر می‌یابند تا غشا پاره شود، و هزاران ذره‌ی ویروسی جدید رها شوند تا یاخته‌های دیگر را آلوده کنند. دستگاه ایمنی معمولاً با وجود پنهان بودن ویروس‌ها این چرخه‌ی معیوب را می‌شکند، چون یاخته‌ها مدام پروتئین‌ها، از جمله پروتئین‌های ویروسی، را به قطعه‌هایی به نام پپتید تجزیه می‌کنند. پپتیدها به سطح یاخته انتقال می‌یابند و به دستگاه ایمنی عرضه می‌شوند. گیرنده‌های پادگن در یاخته‌های T قاتل امکان آن را فراهم می‌آورند که پپتیدهای ویروسی شناسایی شوند، و همین نشانه‌ی آن است که یاخته باید به دلیل آلودگی از بین برود.
روشن شدن سازوکار حیرت‌انگیزی که باعث انتقال پپتیدها به سطح یاخته و عرضه‌ی آن‌ها می‌شود، نتیجه‌ی پژوهش‌های پیش‌گامانه‌ی هاوارد گری از مرکز ملی ایمنی شناسی و طب تنفسی در دنور، و امیل اونانو از دانشکده‌ی پزشکی دانشگاه واشینگتن در سنت لوییس، و نیز کارهای جدیدتر پاملا بیورکمن و دان وایلی از دانشگاه هاروارد در زمینه‌ی بلورنگاری بوده است. آنان نشان داده‌اند که اکثر پپتیدها در درون یاخته به مولکول‌های «آمیزه سازگاری بافتی اصلی» (MHC) متصل می‌شوند. این مولکول‌ها دو نوعند: MHC دسته 1، که پپتیدهای ایجاد شده بر اثر شکسته شدن پروتئین‌های درونی یاخته را عرضه می‌کنند، و MHC دسته 2، که پپتیدهای پروتئین‌هایی را که از بیرون وارد یاخته شده‌اند (مانند سم‌های باکتریایی) به نمایش می‌گذارند.
هر دو نوع MHC، پپتیدها را به سطح یاخته حمل می‌کنند و آن‌ها را در دسترس لنف یاخته‌های Tپیش قاتل (غیر فعال) قرار می‌دهند. وقتی که یک یاخته‌ی T پیش قاتل که گیرنده‌ی سازگار با مجموعه‌ی پادگن – MHC را دارد با این مجموعه مواجه می‌شود، آن یاخته‌ی T به سرعت شروع به تکثیر می‌کند، و همه‌ی یاخته‌های دختری حاصل از تقسیم آن سرانجام تبدیل به لنف یاخته‌های T قاتل فعال می‌شوند که همگی واجد گیرنده‌ای یکسان و قادر به نابود کردن یاخته‌های آلوده به همان پادگن هستند. نابودی یاخته باعث می‌شود که ویروس، پناهگاه خود را از دست بدهد و در معرض پادتن‌ها قرار گیرد، که در نهایت آن را از بین می‌برند.
هنوز دقیقاً نمی‌دانیم که یاخته‌های T قاتل چگونه پپتیدها را شناسایی می‌کنند، اما تا حد زیادی می‌دانیم که کدام مولکول‌ها در این عمل درگیرند. شناسایی پادگن به وسیله‌ی لنف یاخته‌های T قاتل پدیده‌ی مرموزی است، چون هر یاخته هم اختصاصاً فقط یک پپتید را می‌شناسد و هم فقط با یک نوع مولکول MHC که پپتید را عرضه می‌کند سازگاری دارد. این ویژگی دوگانه‌ی یاخته‌های T قاتل را نخستین بار روف زینکر ناگل و پیتر دوهرتی، که در آن هنگام در دانشگاه ملی استرالیا پژوهش می‌کردند، در سال 1974 میلادی شرح دادند. در ابتدا روشن نبود که آیا این ویژگی دوگانه ناشی از گیرنده‌ای واحد است، یا این که دو گیرنده در این امر دخیل هستند، یا این که اصلاً نتیجه‌ی همکاری دو لنف یاخته‌ی مختلف است. سپس در 1978، هانس هنگارتنر، ورنر هاس، و فون بوهمر از انستیتو ایمنی شناسی بال (سوئیس)، یک یاخته‌ی T قاتل را جدا کردند و آن را به تنهایی در کشت بافتی رشد دادند. از تکثیر این یاخته، دودمانی از یاخته‌های یکسان به دست آمد که همه اختصاصاً با مولکول MHC و پپتیدی که یاخته‌ی اولیه شناسایی می‌کرد سازگاری داشتند، و همین نشان می‌داد که هر یاخته‌ی T خود به تنهایی دارای ویژگی دوگانه است. سال‌ها بود که تنها چیزی که در این باره معلوم بود همین بود.
در اواسط دهه‌ی 1980 میلادی، جستجوی طولانی و جنجال برانگیز به دنبال گیرنده‌ی ناشناخته یاخته‌های T قاتل به کشف ژن‌ها و پروتئین‌های گیرنده‌ی یاخته‌ی T (TCR) آلفا-بتا انجامید. آزمایشگاه‌های بسیاری در این موفقیت سهیم بودند، از جمله آزمایشگاه‌های مارک دیویس در انستیتو ملی تندرستی در بتسدا، تاک ماک از انستیتو سرطان اونتاریو در تورنتو (کانادا)، جیمز آلیسون از دانشگاه تگزاس در دالاس، الیس راینهرتز از دانشکده‌ی پزشکی دانشگاه هاروارد، و فیلیپا مارک و جان کاپلر از مرکز ملی ایمنی‌شناسی و طب تنفسی. این مولکول گیرنده‌ی نویافته از یک زنجیره‌ی پلی پپتیدی آلفا و یک زنجیره‌ی پلی پپتیدی بتا تشکیل شده بود، و هر یک را ژن جداگانه‌ای رمزدهی می‌کرد.
در سال 1986، زلاتکو دمبیک، مایکل استاینمتز، هاس، و فون بوهمر از انستیتو ایمنی شناسی بال، ژن‌های آلفا و بتای TCR را از دودمانی از یاخته‌های T به دودمان دیگری که اختصاصاً مولکول‌های متفاوتی را شناسایی می‌کرد منتقل کردند. یاخته‌های T که به این ترتیب به دست آمدند، هم ویژگی‌های یاخته‌های دهنده و هم ویژگی‌های یاخته‌های گیرنده را داشتند. بنابراین فقط یک مولکول (یعنی TCR آلفا-بتا) به تنهایی تعیین می‌کرد که یاخته‌ی T قاتل اختصاصاً کدام پپتید و کدام مولکول MHC را شناسایی کند.
البته اتصال TCR آلفا-بتا به یک پپتید و یک مولکول MHC معمولاً به تنهایی برای تبدیل یاخته‌ی T پیش قاتل به یاخته‌ی T قاتل کافی نیست. لازمه‌ی فعالیت کامل یاخته‌ی T قاتل، اتصال مولکول دیگری به نام گیرنده‌ی CD8 است.این گیرنده نیز، که در تمام یاخته‌های T قاتل مشترک و یکسان است، به قسمتی از مولکول MHC که با موضع اتصال TCR آلفا-بتا تفاوت دارد، متصل می‌شود. پروتئین CD8 را ادوارد بویس و همکارانش در انستیتو پژوهش‌های سرطان سلون-کترینگ (نیویورک) در سال 1968 کشف کردند. در 1974، هیروشی شیکو و کیسیلو در همین انستیتو کشف کردند که پروتئین CD8 منحصراً در یاخته‌های T قاتل وجود دارد، و از آن می‌توان برای افتراق دادن این یاخته‌ها از بقیه‌ی انواع لنف یاخته‌ها استفاده کرد.
توضیح تصویر: گیرنده‌های موجود بر سطح یاخته‌های T، فعالیت‌های این یاخته‌ها را تنظیم می‌کنند. هم یاخته‌های قاتل و هم یاخته‌های یاور، دارای گیرنده‌های یاخته‌ی T (یا TCRهای) آلفا-بتا هستند که قادرند پادگن‌هایی را که به وسیله‌ی پروتئین‌های سازگاری بافتی اصلی (MHC) بر سطح یاخته‌ها عرضه می‌شوند شناسایی کنند. مولکول‌های گیرنده‌ی کمکی موجود بر یاخته‌های قاتل و یاور به دسته‌های متفاوتی از مولکول‌های MHC متصل می‌شوند.
نقش گیرنده‌ی کمکی CD8 در 1987 روشن شد. دمبیک و فون بوهمر با انتقال ژن CD8 به یاخته‌های قاتل غیرطبیعی که این گیرنده را نداشتند (یا به عبارتی دیگر CD8 منفی بودند) نشان دادند که گیرنده‌ی کمکی CD8 نقش فعالی در شناسایی پادگن به وسیله‌ی یاخته‌های T قاتل دارد. تقریباً در همان زمان، فرنک امریخ و کلاوس آیخمن از انستیتو ایمنی شناسی ماکس پلانک در فرایبورگ (آلمان) کشف کردند که یاخته‌ی T قاتل در صورتی به حداکثر فعالیت خود می‌رسد که TCR آلفا-بتا و گیرنده‌ی کمکی CD8 هر دو به مولکول واحدی متصل شوند.
دسته‌ی دوم لنف یاخته‌های T نیز که به یاخته‌های T یاور موسومند، دارای نوعی TCR آلفا-بتا و گیرنده‌ی کمکی مشترک هستند که با کمک یک‌دیگر دفاع ایمنی را فعال می‌سازند. رمزدهی TCR یاخته‌های یاور بر عهده‌ی همان ژن‌هایی است که این گیرنده را در یاخته‌های T قاتل رمزدهی می‌کنند. اما گیرنده‌ی کمکی که در یاخته‌های T یاور مشترک است، پروتئین‌های CD4 است، نه CD8. برخلاف TCR آلفا-بتا و گیرنده‌ی کمکی CD8 یاخته‌های T قاتل که به مولکول‌های MHC دسته 1 و پیپتیدهای به دست آمده از شکستن پروتئین‌های درون‌ساز متصل می‌شوند، TCR آلفا-بتا و گیرنده‌ی کمکی CD4 یاخته‌های T یاور به مولکول‌های MHC دسته 2 و پپتیدهای حاصل از هضم درون یاخته‌ای پروتئین‌های خارجی اتصال می‌یابند.
یاخته‌های T یاور نقش متفاوتی دارند: این یاخته‌ها به یاخته‌های B در تولید پادتن علیه پادگن‌هایی نظیر سم‌های باکتریایی کمک می‌کنند. پس از این که پروتئینی سمی وارد گردش خون شد، یاخته‌های درشت‌خوار (ماکروفاژ) آن را می‌بلعند. درشت‌خوارها به طور غیر اختصاصی به گشت‌زنی مشغولند و مواد گوناگونی را در خود فرو می‌برند. یاخته‌های B نیز مولکول‌های سمی را که به گیرنده‌های پادتن‌گونه و منحصر به فرد سطح خود متصل شوند به داخل می‌برند.
مولکول سم در درون درشت‌خوار و یاخته‌ی B شکسته می‌شود، و سپس پپتیدهای حاصل از آن را مولکول‌های MHC دسته 2 به سطح یاخته حمل می‌کنند. همین که TCR آلفا-بتا و گیرنده‌‌ی کمکی CD4 یاخته‌ی T پیش‌یاور، به مولکول MHC یاخته‌ی عرضه کننده متصل شوند، یاخته‌ی T شروع به تکثیر می‌کند و یاخته‌های T یاور فعال به وجود می‌آورد. (به خصوص درشت‌خوارها در فعال کردن یاخته‌ها مؤثرند.) یاخته‌های T یاوری که به این ترتیب فعال شده‌اند موادی را به نام انترلوکین‌ها ترشح می‌کنند که یاخته‌های B را به تکثیر بیش‌تر و هم‌چنین ترشح مقادیر فراوان پادتن اختصاصی‌شان وامی‌دارد. این پادتن‌ها در جریان خون گردش می‌کنند، به دیگر مولکول‌های سم مشابه متصل می‌شوند، و آن ها را خنثی می‌سازند.
تنوع گسترده‌ی TCRهای آلفا-بتا و مولکول‌های MHC، کلید فعالیت انتخابی یاخته‌های T است؛ بنابراین پی بردن به چگونگی و علل این تنوع، نقش به سزایی در درک نحوه‌ی شناسایی خودی از بیگانه دارد. ژن‌هایی که رمزدهی بخش متغیر TCR را بر عهده دارند از والدین‌مان به ارث می‌رسند. البته این میراث نه به صورت رشته‌ی پیوسته‌ای از اطلاعات ژنتیکی، بلکه به شکل تکه‌ها یا قطعات کوچکی است که در لنف یاخته‌های در حال رشد به طور تصادفی با یک‌دیگر ترکیب می‌شوند. این ترکیب تصادفی یا نوترکیبی قطعات باعث می‌شود که ژن‌های بیش از صد میلیون TCR مختلف در فردی ساخته شود. گوناگونی مشاهده شده در مولکول‌های MHC منشأ متفاوتی دارد؛ گرچه ژن‌های MHC مختلفی در جمعیت آدمی وجود دارند، هر کس تنها دو ژن از هر نوع مولکول MHC خواهد داشت.
چون پروتئین‌های TCR کاملاً بر حسب تصادف، و بدون توجه به این که کدام پپتیدها و مولکول‌های MHC ممکن است در بدن وجود داشته باشند، ساخته می‌شوند می‌توان تصور کرد که در هر کس، برخی از گیرنده‌ها سودمند، برخی بی‌فایده، و حتی برخی زیانمند خواهند بود. گیرنده‌های سودمند آن‌هایی هستند که با اتصال به پپتیدهای بیگانه‌ای که از شکستن پروتئین‌های ویروسی یا باکتریایی به وجود می‌آیند و مولکول‌های MHC خودی آن‌ها را عرضه می‌کنند، به دفاع از بدن کمک می‌کنند. گیرنده‌های بی فایده آن‌هایی هستند که وقتی مولکول‌های MHC خودی هر گونه پپتیدی را عرضه کنند، قادر به شناسایی این پپتیدها نیستند. سرانجام گیرنده‌های زیانمند گیرنده‌هایی هستند که به پپتیدهای خودی که مولکول‌های MHC آن‌ها را عرضه می‌کنند متصل می‌شوند؛ به عبارتی دیگر امکان دارد لنف یاخته‌هایی که واجد چنین گیرنده‌هایی هستند به بافت‌های طبیعی بدن حمله کنند. بنابراین مسأله‌ی تشخیص خودی از بیگانه در دستگاه ایمنی، نه تنها بحث در باره‌ی چگونگی جلوگیری از تخریب بدن بر اثر یاخته‌های T زیانمند را در بر می‌گیرد، بلکه نحوه‌ی ممانعت از انباشتگی یاخته‌های T بی‌فایده را نیز شامل می‌شود.
پاسخی برای معمای یاخته‌های T زیانمند را فرنک فنر و سر مک فارلین برنت از انستیتو پژوهش‌های پزشکی والتر و الیزا هال در ملبورن (استرالیا) در 1948 و بعدها جاشوا لدربرگ از دانشگاه ویسکانسین در مدیسون در 1963 ارائه دادند. آنان چنین مطرح کردند که یاخته‌های زیانمند در اوایل امر حذف می‌شوند.
فرضیه‌ی حذف دودمانی آنان مبتنی بر این فرض ساده بود که لنف یاخته‌های دارای گیرنده‌ی پادگن، دو مرحله‌ی تکاملی را پشت سر می‌گذارند که با واکنش‌های کاملاً متفاوتی در برابر اتصال به پادگن مشخص می‌شوند. در مرحله‌ی اول، اتصال به پادگن باعث نابودی لنف یاخته‌ی جوان می‌شود. اما در مرحله‌ی دوم، اتصال به پادگن نه تنها یاخته را از بین نمی‌برد، بلکه آن را فعال می‌سازد. از آن جا که پپتیدهای خودی همیشه حضور دارند، لنف یاخته‌هایی که برای پادگن‌های خودی گیرنده داشته باشند در معرض آن‌ها قرار می‌گیرند و در نخستین مراحل رشد حذف می‌شوند، و بدین ترتیب تنها یاخته‌هایی باقی می‌مانند که برای پادگن‌های بیگانه گیرنده داشته باشند. این یاخته‌ها به رشد خود ادامه می‌دهند و به هنگام ورود پادگن بیگانه به بدن تحریک می‌شوند.
بسیاری از پژوهشگران دیگر نیز تجمع انتخابی یاخته‌های T سودمند را در دستگاه ایمنی بررسی کرده‌اند، از جمله جاناتان اسپرنت و مایکل بوان از انستیتو پژوهشی درمانگاه اسکریپس، زینکرناگل، و فون بوهمر. آنان این احتمال را مطرح کرده‌اند که شاید یاخته‌های T که واجد گیرنده برای اتصال به مولکول‌های MHC خودی هستند ترجیحاً در اعضای لنفی تکثیر و تجمع می‌یابند. برعکس، یاخته‌هایی که قادر به شناسایی مولکول‌های MHC خودی نیستند تکثیر پیدا نمی‌کنند.
هر دو فرضیه باعث انجام آزمایش‌های بسیار و حتی بروز درگیری‌های جدید شدند. شمار دانشمندان موافق و مخالف فرضیه‌ی حذف دودمانی تقریباً برابر بود. در دهه‌ی 1960 و 1970 سر گوستاو نوسال از انستیتو والتر و الیزا هال، ملوین کوهن از انستیتو سالک، و دیگران در جبهه‌ی «موافقان حذف» بودند، در حالی که ریچارد گرشون از دانشکده‌ی پزشکی دانشگاه ییل، نیلس ژرن از انستیتو ایمنی شناسی بال، و دیگران، طرف «مخالف حذف» را گرفتند. امکان انجام آزمایش‌هایی که به طور قطعی به این درگیری فیصله دهند وجود نداشت، زیرا در آن زمان ماهیت TCRها ناشناخته بود و مواد نشانگری که برای شناسایی اختصاصی بودن TCRها لازم بودند (مانند پادتن‌های تک دودمانی) وجود نداشتند. پژوهشگران تنها می‌توانستند ببینند که آیا یاخته‌های T مخصوصِ پادگنی معین را می‌توان تحت برخی شرایط آزمایشگاهی فعال کرد یا نه. چنین آزمون‌هایی تفاوت بین یاخته‌های T خاموش (فعال نشده) و یاخته‌هایی که اصلاً وجود نداشتند (حذف شده بودند) را نشان نمی‌دادند.
توضیح تصویر: تکامل یاخته‌های T عمدتاً در غده‌ی تیموس انجام می‌گیرد. یاخته‌های نابالغی که وارد تیموس می‌شوند در ابتدا فاقد گیرنده یاخته‌ T (RCR) یا هر نوع گیرنده کمکی (CD4 یا CD8) هستند. بعدها یاخته‌های تیموسی کمی بلوغ می‌یابند و هر سه مولکول را بر سطح خود ابراز می‌کنند. در نهایت، هر لنف یاخته‌ی T بسته به تجربیاتی که در تیموس کسب کرده است ساخت یکی از گیرنده‌های کمکی را متوقف می‌کند، یا تبدیل به یاخته‌ی قاتل می‌شود یا یاخته ی یاور.
همین مشکل بر سر راه آزمایش‌هایی وجود داشت که برای شناسایی سازوکار تکثیر ترجیحی دودمان های منتخبی از یاخته‌های T سودمند طراحی می‌شدند. اسپرنت، زینکرناگل، فون بوهمر، و پژوهشگران دیگر اصرار داشتند که چنین سازوکاری وجود دارد، در حالی که پالی متزینگر از دانشگاه کالیفرنیا در سان دیه گو، لیروی هود از انستیتو تکنولوژی کالیفرنیا، فیلیپه کوریلسکی از انستیتو پاستور پاریس، و دیگران، آن را – باز هم بر اساس آزمایش‌های مشکوک – انکار می‌کردند. در نتیجه آتش بحث بین آن‌ها تا چند ده سال فروزان بود.
در اواسط دهه‌ی 1980، ماهیت TCRها روشن شد و امکان تهیه‌ی پادتن‌هایی که اختصاصاً به پروتئین‌های TCR متصل شوند فراهم آمد. اما قبل از آن که پژوهشگران بتوانند آزمایشی قطعی در باره‌ی چگونگی تشخیص خودی از بیگانه انجام دهند، لازم بود بر مشکل دیگری فائق آیند: دنبال کردن مسیر تکامل معدود یاخته‌های T که گیرنده‌ی خاصی را داشتند ممکن نبود، چون این یاخته‌ها تنها کسر ناچیزی از کل لنف یاخته‌های جانوری طبیعی را تشکیل می‌دادند. چند یاخته‌ای که مورد نظر بودند در این جمعیت گم می‌شدند.
به همین سبب در سال 1985، فون بوهمر تصمیم گرفت تشخیص خودی از بیگانه را در موش‌های تراژنی (ترانس ژنیک) بررسی کند. موش‌های تراژنی دارای مقداری مواد ژنتیکی هستند که به طور مصنوعی وارد یاخته‌هایشان شده است. اساس روشی که از آن استفاده شد در اواسط دهه‌ی 1970 به دست رالف برینستر از دانشگاه پنسیلوانیا و رودلف جنیش که در آن هنگام در انستیتو سالک پژوهش می‌کرد ابداع شده بود. آن‌‌ها ژن‌های TCR دودمانی از یاخته‌های T را به تخمک‌های لقاح یافته‌ی موش منتقل کردند. موش‌هایی که از رشد و تکثیر این تخمک‌ها به وجود آمدند ژن‌های اضافه شده را در خزانه‌ی ژنتیکی خود ادغام کردند، و این ژن‌ها را با ساختن TCR رمزدهی شده بیان کردند.
از آن جا که امیدوار بودند موشی به وجود آورند که منحصراً TCR تراژنی را بسازد از موش‌هایی استفاده کردند که چندی قبل به دست ملوین بوسما از مرکز سرطان فاکس چیس در فیلادلفیا کشف شده بودند. این موش‌ها دچار یک نقص ژنتیکی به نام کمبود ایمنی توأم شدید (SCID) بودند که از ناتوانی در اتصال صحیح قطعات ژن گیرنده‌ی پادگن به یک‌دیگر ناشی می‌شد. درنتیجه، این موش‌ها نمی‌توانستند برای خود گیرنده‌ی پادگنی بسازند. با وارد کردن یک ژن سالم آلفا و یک ژن سالم بتای TCR به یاخته‌های موش مبتلا به SCID می‌توانستند جانوری به دست آورند که تنها TCR تراژنی را ابراز کند.
با کمک یاسوشی اوئماتسو از دانشگاه استاینمتز در انستیتو ایمنی شناسی بال، آنتوان برنتس از انستیتو سرطان هلند در آمستردام، و هورست بلاتمن از واحد مرکزی پژوهش در شرکت هافمن-لاروش، توانستند سویه‌ای از موش‌ها را به دست آورند. با این موش‌ها می‌توانستند با قاطعیت به بسیاری از پرسش‌های اساسی که در باره‌ی تشخیص خودی از بیگانه در دستگاه ایمنی وجود داشت بپردازند.
TCR انتخابی آن‌ها گیرنده‌ای بود که منحصراً به پپتید HY متصل می‌شد. این پپتید درون یاخته‌ای تنها در موش‌های نر وجود دارد و در ماده‌ها یافت نمی‌شود. آن‌ها می‌دانستند که این پپتید را نوعی از مولکول‌های MHC دسته 1 به نام Db عرضه می‌کند. آن‌ها ژن‌های آلفا و بتایی را که رمزدهی گیرنده‌ی مورد نظر را بر عهده داشتند از دودمانی از یاخته‌های T قاتل جداسازی و وارد یاخته‌های موش مبتلا به SCID کردند. آن ها می‌توانستند با پرورش دادن این موش‌های SCID تراژنی، در حالت‌های گوناگون جانورانی به دست آورند که در آن‌ها همه‌ی لنف یاخته‌های در حال رشد، حامل TCR تراژنی بودند، و امکان داشت این لنف یاخته‌ها به طور بالقوه زیانمند، بی‌فایده، یا سودمند باشند. مثلاً در موش‌های نری که مولکول‌های MHC نوع Db را از والدینشان به ارث برده بودند، TCR تراژنی زیانمند بود (چون هم پپتید خودی HY در بدن موش نر وجود داشت، و هم MHC خودی از نوعی بود که این پپتید را عرضه می‌کرد: بنابراین TCR به هر دو متصل می‌شد و پاسخ ایمنی علیه این پپتید خودی بروز می‌داد). از طرف دیگر در ماده‌هایی که فاقد Db بودند، TCR بی‌فایده بود، زیرا به مولکول‌های MHC متصل نمی‌شد. بالاخره در ماده‌هایی که Db را داشتند و می‌توانستند HY را به صورت پپتیدی بیگانه عرضه کنند، TCR تراژنی سودمند بود.
آن‌هاتصمیم گرفتند که سرنوشت یاخته‌های T سودمند، بی‌فایده، و زیانمند را در هر یک از این حالت‌ها بررسی کنند. یکی از ابزارهای اساسی در این بررسی، پادتنی بود که هونگ سیاته از دانشگاه بریتیش کلمبیا در وانکوور (کانادا) علیه TCR تراژنی تهیه کرده بود، و در مدتی که برای فرصت مطالعاتی در آزمایشگاه آن‌ها همکاری می‌کرد آن را در اختیار آنان قرار داد. آن‌ها بدون این پادتن هرگز نمی‌توانستند مطمئن باشند که واقعاً در حال بررسی تکامل یاخته‌هایی که TCR تراژنی را ابراز می‌کنند هستند.
نتایج نشان داد که وقتی TCR زیانمند بود – یعنی در موش‌های نر SCID تراژنی که هم پپتید HY را داشتند و هم مولکول‌های MHC نوع Db را – در تیموس تعداد بسیار کمی یاخته‌ی تیموسی (تیموسیت)، که شکل نابالغ یاخته‌های T هستند وجود داشت، و اصلاً یاخته‌های بالغ T یاور یا قاتل دیده نمی‌شد. چون هر یاخته‌ی T بالغی که به وجود می‌آمد بر علیه پپتید خودی واکنش زیانمندی بروز می‌داد، پیش از آن که این یاخته‌ها خطر آفرین شوند حذف شده بودند. این نتیجه کاملاً با فرضیه‌ی حذف دودمانی سازگار بود. آزمایش‌های بعدی که به دست دانش‌جویان آن‌ها و ویجیش سوات در انستیتو ایمنی شناسی و درمان تجربی روکلاو (لهستان) انجام گرفت، نشان داده است که این حذف کامل یاخته‌ها و نه توقف رشد است که باعث می‌شود تنها معدودی یاخته‌های نابالغ تیموسی دیده شوند.
در حالتی که TCR بی‌فایده بود، نظیر آن چه در موش‌های ماده SCID تراژنی که فاقد مولکول‌های MHC نوع Db بودند پیش می‌آمد، یاخته‌های نابالغ تیموسی وجود داشتند، اما نشانی از یاخته‌های T یاور یا قاتل نبود. همین مشاهده نشان می‌داد که یاخته‌های بی‌فایده‌ای که قادر به شناسایی و برهم‌کنش با مولکول‌های MHC خودی نباشند، به بلوغ نمی‌رسند و پس از گذراندن عمر کوتاهی از بین می‌روند.
سرانجام وقتی TCR بالقوه سودمند بود، مانند حالتی که در موش‌های ماده‌ی حامل مولکول‌های MHC دسته 1 نوع Db دیده می‌شد، دریافتند که یاخته‌های نابالغ تیموسی و یاخته‌های بالغ T قاتل وجود دارند اما اثری از یاخته‌های بالغ T یاور نیست. این نتیجه بیانگر دو مطلب بود. اولاً اتصال TCR آلفا-بتا به مولکول‌های MHC در هنگامی که پپتید پادگن در بدن نباشد یاخته‌های نابالغ را از مرگ نجات می‌دهد و باعث بلوغ آن‌ها می‌شود. ثانیاً تبدیل یاخته‌ی T در حال رشد با یاخته‌ی یاور یا یاخته‌ی قاتل بستگی به آن دارد که TCR آلفا-بتا برای اتصال به مولکول‌های MHC دسته 1 اختصاص یافته باشد یا دسته 2. چون ژن‌های TCR که وارد کرده بودند از دودمانی از یاخته‌های T قاتل به دست آمده بودند، همه‌ی یاخته‌های T در موش‌های SCID تراژنی تبدیل به یاخته‌های قاتل شدند.
توضیح تصویر: موش‌های تراژنی (ترانس ژنیک) برای بررسی گروهی از یاخته‌های T که واجد گیرنده‌ی خاصی باشند به کار می‌روند. در موش‌های طبیعی، یاخته‌های T گوناگون آن قدر گیرنده‌های متفاوتی دارند که به سختی می‌توان مسیر رشد دسته‌ی خاصی از آن‌ها را دنبال کرد. اما موش‌هایی که دچار نوعی جهش ژنتیکی و درنتیجه مبتلا به بیماری کمبود ایمنی شدید (SCID) شده باشند، هیچ یاخته‌ی T را تولید نمی‌کنند. اگر ژن‌های یک گیرنده‌ی یاخته‌ی T (TCR) به تخمک موش SCID داخل شود در موشی که حاصل این تخمک باشد همه‌ی یاخته‌های T دارای گیرنده‌ای یکسان و سرنوشتی مشابه خواهند بود
با تعمیم این نتایج در باره‌ی انتخاب گیرنده در موش‌های طبیعی و غیر تراژنی، به این طرح در باره‌ی چگونگی تشخیص خودی از بیگانه در دستگاه ایمنی رسیدند: یاخته‌های نابالغ تیموسی انواع گوناگونی از گیرنده‌های پادگن را عرضه می‌کنند که از ترکیب تصادفی قطعات ژنی TCR و جفت شدن اتفاقی زنجیره‌های مختلف آلفا و بتای TCR به دست می‌آیند. اگر گیرنده روی یکی از این یاخته‌ها به هیچ یک از مولکول‌های موجود متصل نشد، یاخته بی‌فایده است و پس از تقریباً سه روز از بین می‌رود. اگر گیرنده‌ای در تیموس، هم به پپتید و هم به مولکول MHC متصل شود، یاخته نابود می‌شود چون زیانمند است. و بالاخره اگر گیرنده به مولکول MHC متصل شود اما پپتید پادگن حضور نداشته باشد، یاخته بالقوه سودمند است، و بنابراین برای پشت سر گذاشتن مراحل بعدی رشد انتخاب می‌شود. بسته به این که گیرنده به مولکول‌های MHC دسته 1 متصل شود یا MHC دسته 2، یاخته‌ی انتخاب شده یا تبدیل به لنف یاخته‌ی T قاتل می‌شود یا به لنف یاخته‌ی T یاور تبدیل می‌گردد.
یاخته‌های یاور و قاتل در گره‌های لنفی، طحال، و دیگر اعضای لنفی محیطی به گشت‌زنی مشغول می‌شوند. پس از آن که تیموس را ترک کردند، به هنگام اتصال گیرنده هایشان به پپتید و مولکول MHC، به نحو متفاوتی واکنش نشان می‌دهند: به عبارت دیگر، اتصال هم‌زمان گیرنده به هر دو مولکول منجر به فعال شدن یاخته‌ی T و تولید یاخته‌های عملگر می‌شود. بدین ترتیب دستگاه ایمنی با وارسی لنف یاخته‌ها می‌آموزد که چگونه خودی را از بیگانه تشخیص دهد: لنف یاخته‌های سودمند انتخاب می‌شوند، آن‌هایی که بی‌فایده‌اند به حال خود رها می‌شوند، و یاخته‌های زیانمند حذف می‌شوند.
اکنون دلایل محکمی وجود دارد که نشان می‌دهد حذف یاخته‌های زیانمند نابالغ در موش‌های معمولی نیز اتفاق می‌افتد. همان طور که گفتیم، در جانوران معمولی، پی بردن به سرنوشت یاخته‌هایی که واجد گیرنده‌ای خاص باشند دشوار است. اما کاپلر و مایاک دریافته‌اند که مولکول‌های خاصی به نام ابرپادگن‌ها به انواع گوناگونی از TCRهای مختلف و نیز مولکول‌های MHC دسته 2 متصل می‌شوند. محل اتصال ابَرپادگن ها به مولکول‌های MHC و TCRها با محل اتصال پادگن‌های پپتیدی تفاوت دارد. با وجود این، کاپلر و ماراک، زینگرناگل، و رابسون مک دانلد از انستیتو پژوهش‌های سرطان لودویگ در لوزان (سوئیس) با استفاده از ابَرپادکن‌ها داده‌هایی به دست آورده‌اند که با پژوهش‌های بوهمر و کیسیلو در باره‌ی موش‌های تراژنی TCR مطابقت دارد. دنیس لوه از دانشکده‌ی پزشکی دانشگاه واشینگتن، دیویس از دانشگاه استنفورد، استیون هدریک از دانشگاه کالیفرنیا در سان دیه گو، و هم‌چنین زینکر ناگل، با استفاده از موش‌های تراژنی TCR مختلف به نتایج مشابهی رسیدند و پژوهش‌های موجود را تعمیم دادند.
اکثر محققان عقیده دارند که به احتمال زیاد حذف دودمانی تنها راه سرکوب یاخته‌های T زیانمند نیست. به نظر می‌رسد مسأله هرگز این نبوده است که آیا حذف دودمانی تنها سازوکار است یا نه، بلکه این بوده است که آیا اصلاً چنین سازوکاری وجود دارد یا خیر. اکنون می‌دانیم که حذف را به سادگی می‌توان در یاخته‌های نابالغ تیموسی القا کرد، و همین نشان می‌دهد که تنها پپتیدهایی که در تیموس تولید یا به آن‌جا برده شوند باعث القاء پدیده‌ی حذف می‌شوند. اگر همه‌ی پپتیدهای خودی به مقدار کافی بودند تا باعث القاء حذف دودمانی شوند، پدیده‌ی خودایمنی به وجود نمی‌آمد. اما بروز خود ایمنی نشانگر آن است که در تشخیص خودی از بیگانه، سازوکار حذف بی‌نقص نیست، و به احتمال زیاد سازوکارهای دیگری نیز وجود دارند.
گرچه قرائن محکم و فراوانی هستند که بر وجود یاخته‌های T «سرکوبگر»، که مانع فعال شدن دیگر یاخته‌های T می‌شوند، دلالت می‌کنند، اما هنوز در باره‌ی نحوه‌ی عمل این یاخته‌ها اطلاعات روشنی در دست نیست. مارک جنکینز، رانلد شوارتز، و ب. ج. فاولکس از انستیتو ملی تندرستی، دیوید لو از درمانگاه اسکریپس، و ژاک میلر از انستیتو والتر و الیزا هال ثابت کرده‌اند که برخی از پپتیدها هنگامی که بر یاخته‌هایی غیر از یاخته‌های B و درشت‌خوارها عرضه شوند، باعث بی‌تحرکی (آنرژی) در یاخته‌های T می‌شوند: یاخته‌های T بی‌تحرک نمی‌میرند، اما در برابر تحریک پادگنی از خود واکنش نشان نمی‌دهند. به رغم پیش‌رفت‌هایی که در زمینه‌ی درک چگونگی تشخیص خودی از بیگانه در یاخته‌های T بالغ به آرمغان آمده است، هنوز تا دست‌یابی به هدف سرکوب انتخابی این یاخته‌ها راه درازی در پیش است. روزی که به این هدف برسیم، پیوند اعضا بسیار موفق‌تر از امروز خواهد بود.
آزمایش‌ها برای کاوش در زمینه‌ی سازوکار تشخیص خودی از بیگانه طراحی شده بودند نه حل مسأله‌ی پیوند اعضا یا خود ایمنی. با وجود این می‌توانیم حدس بزنیم که نتایج به دست آمده چه پی‌آمدهایی در این زمینه‌ها خواهند داشت. تقریباً مسلّم است که برخی از حالت‌های خود ایمنی ناشی از شناسایی پادگن‌هایی هستند که در تیموس وجود ندارند و بنابراین باعث حذف یاخته‌های T نمی‌شوند. ظاهراً در مورد پروتئین بازی میلین، که معمولاً در ساختمان دستگاه عصبی به کار می‌رود، این گونه است: تزریق پروتئین بازی میلین به برخی از جانوران باعث بیماری تجربی التهاب آلرژیک مغز و نخاع (EAE) می‌شود که مشابه بیماری «اسکلروز متعدد» در انسان است. پژوهشگرانِ بسیاری نیز حدس می‌زنند که پادگن‌های موجود بر یاخته‌های انسولین ساز لوزالمعده هم به تیموس نمی‌رسند. اگر این پادگن‌ها مورد هجوم خودایمنی یاخته‌های T واقع شوند، ممکن است دیابت بروز کند.
بی‌تردید همین امر پژوهشگران را وسوسه می‌کند تا سعی کنند با شناسایی پادگن‌های مخصوص هر بافت و وارد کردن آن‌ها به تیموس، باعث حذف یاخته‌های T مهاجم به آن بافت‌ها، و درنتیجه پیش‌گیری از بیماری‌های خود ایمنی شوند. هارتموت و کرله از انستیتو روان‌پزشکی ماکس پلانک در مونیخ (آلمان) و الی سر کارز از دانشگاه کالیفرنیا در لوس آنجلس چنین آزمایش‌هایی را با تزریق مقادیر نسبتاً زیاد پروتئین بازی میلین به موش‌های نوزاد انجام دادند. این کار آنان باعث شد جانورانی که متعاقباً به آن‌ها پروتئین بازی میلین تزریق می‌شد دچار EAE نشوند.
علی ناجی و همکارانش در بیمارستان دانشگاه پنسیلوانیا در فیلادلفیا امکان بهره‌گیری از سازوکار تحمل تیموسی را در پیوند اعضا مورد بررسی قرار دادند. آنان یاخته های لوزالمعده ی جانور دیگری را در تیموس موش قرار دادند: پس از آن بدن موش‌ها پیوند لوزالمعده را به طور دائمی پذیرفت.
حال باید دید که آیا پادگن‌های مخصوص هر بافت در تیموس باعث حذف یاخته‌های T در حال رشد و بالقوه زیانمند شدند یا نه. ولی به نظر می‌رسد محتمل‌ترین توجیه همین باشد. این آزمایش‌ها راه حلی قطعی برای مشکل خود ایمنی و پیوند اعضا در اختیار نمی‌گذارند، ولی با وجود این حکایت از آن دارند که سرانجام قادر خواهیم بود که با جداسازی برخی پادگن‌ها از بافت‌های طبیعی یا پیوندی، و عرضه‌ی آن‌ها به یاخته‌های T جوان در تیموس، از واکنش‌های ناخواسته‌ی دستگاه ایمنی به طور مؤثری جلوگیری کنیم.