GPS иммунных клеток: как иммунные клетки перемещаются внутри организма

Исследователи совершили прорыв в понимании того, как иммунные клетки перемещаются внутри организма. Вопреки предыдущим представлениям, эти клетки не только реагируют на сигналы направления, но и активно формируют свои собственные пути.

Исследование дает представление о способности дендритных клеток изменять концентрации хемокинов, управляя их движением. Эти знания потенциально могут оптимизировать наш иммунный ответ в борьбе с болезнями.

Во время борьбы с болезнью нашим иммунным клеткам необходимо быстро достичь своей цели. Исследователи из Австрийского института науки и технологий (ISTA) обнаружили, что иммунные клетки активно генерируют собственную систему управления для навигации в сложных условиях. Это бросает вызов прежним представлениям об этих движениях.

Результаты исследования, опубликованные в научном журнале Science Immunology, расширяют наши знания об иммунной системе и предлагают новые подходы к улучшению иммунного ответа человека.

Иммунологические угрозы, такие как микроорганизмы или токсины, могут возникать повсюду в человеческом организме. К счастью, иммунная система — наш собственный защитный щит — имеет свои сложные способы борьбы с этими угрозами.

Например, важнейший аспект нашего иммунного ответа включает скоординированное коллективное движение иммунных клеток во время инфекции и воспаления.

Как наши иммунные клетки узнают, в каком направлении идти?

Группа ученых из Института науки и технологий Австрии (ISTA) занялась этим вопросом. В своем исследовании они пролили свет на способность иммунных клеток коллективно мигрировать в сложных средах.

Дендритные клетки (ДК) являются одним из ключевых игроков в нашем иммунном ответе. Они действуют как связующее звено между врожденной реакцией (первой реакцией организма на захватчика) и адаптивной реакцией (отсроченной реакцией, которая нацелена на очень специфические микробы и создает воспоминания для борьбы с будущими инфекциями). Подобно детективам, ДК сканируют ткани на предмет злоумышленников.

Как только они обнаруживают очаг инфицирования, иммунные клетки активируются и немедленно мигрируют к лимфатическим узлам, где передают план битвы и инициируют следующие шаги каскада.

Их миграцией к лимфатическим узлам управляют хемокины — небольшие сигнальные белки, высвобождаемые из лимфатических узлов, — которые устанавливают градиент.

Раньше считалось, что ДК и другие иммунные клетки реагируют на этот внешний градиент, двигаясь в сторону более высокой концентрации. Однако новое исследование, теперь бросает вызов этому представлению.

Ученые внимательно изучили рецептор — поверхностную структуру, обнаруженную на активированных ДК, под названием “CCR7”. Основная функция CCR7 — связываться со специфичной для лимфатического узла молекулой (CCL19), которая запускает следующие этапы иммунного ответа.

«Мы обнаружили, что CCR7 не только воспринимает CCL19, но и активно способствует формированию распределения концентраций хемокинов», — объясняет Йонна Аланко (Jonna Alanko), бывший сотрудник лаборатории Майкла Сикста (Michael Sixt).

Используя различные экспериментальные методы, ученые продемонстрировали, что по мере миграции ДК захватывают и интернализуют хемокины через рецептор CCR7, что приводит к локальному истощению концентрации хемокинов.

Когда вокруг меньше сигнальных молекул, они перемещаются дальше к более высоким концентрациям хемокинов. Эта двойная функция позволяет иммунным клеткам генерировать собственные управляющие сигналы для более эффективной организации коллективной миграции.

Чтобы количественно понять этот механизм в многоклеточном масштабе, Аланко и его коллеги объединились с физиками-теоретиками Эдуардом Ханнезо (Edouard Hannezo) и Мехметом Джаном Укаром (Mehmet Can Ucar), также из ISTA. Благодаря своему опыту в области движения и динамики клеток они создали компьютерное моделирование , которое позволило воспроизвести эксперименты Аланко.

С помощью этого моделирования ученые предсказали, что движение дендритных клеток зависит не только от их индивидуальных реакций на хемокин, но и от плотности популяции клеток.

«Это было простое, но нетривиальное предсказание; чем больше клеток, тем резче градиент, который они генерируют — это действительно подчеркивает коллективный характер этого явления», — говорит Кан Укар.

Кроме того, исследователи обнаружили, что Т-клетки — специфические иммунные клетки, которые уничтожают вредные микробы — также извлекают выгоду из этого динамического взаимодействия, усиливая свое собственное направленное движение.

«Мы стремимся узнать больше об этом новом принципе взаимодействия между популяциями клеток в рамках текущих проектов», — продолжает автор исследования.

Эти открытия являются шагом в новом направлении того, как клетки движутся внутри нашего тела. Вопреки тому, что считалось ранее, иммунные клетки не только реагируют на хемокины, но также играют активную роль в формировании своей собственной среды, потребляя эти химические сигналы. Эта динамическая регуляция сигнальных сигналов обеспечивает элегантную стратегию управления собственным движением и движением других иммунных клеток.

Это исследование имеет важное значение для нашего понимания того, как иммунные реакции координируются внутри организма. Раскрывая эти механизмы, ученые потенциально могли бы разработать новые стратегии для усиления рекрутирования иммунных клеток в определенные участки, такие как опухолевые клетки или области инфекции.