Иммунная система человека представляет собой почти идеальный защитный механизм. Он защищает организм от болезнетворных бактерий, вирусов и других патогенов. Он выявляет зарождающиеся опухоли и искореняет их. Он очищает клеточный мусор в месте повреждения или инфекции.
Чтобы выполнять свои бесчисленные функции, иммунная система должна, прежде всего, различать свое и чужое — замечательная избирательная способность, которая позволяет ей обнаруживать и обезвреживать вредные агенты, щадя собственные ткани организма.
Если иммунная система не в состоянии провести это различие, она может по ошибке атаковать организм, вызывая аутоиммунные заболевания.
Исследователям уже давно известен общий принцип, лежащий в основе этой избирательной способности, но то, как именно иммунные клетки учатся отличать своих от чужих, оставалось менее понятным.
Теперь новое исследование, проведенное учеными из Гарвардской медицинской школы, выявило новый механизм, который объясняет, как самые мощные иммунные войска организма — Т-клетки — учатся различать «я» и «чужое».
Работа, проведенная в основном на мышах, была опубликована в Интернете 16 июня в Cell и должна появиться в печатном выпуске от 7 июля.
Исследование показывает, что вилочковая железа — орган, в котором рождаются и тренируются Т-клетки, — обучает зарождающиеся иммунные клетки, подвергая их воздействию белков, вырабатываемых клетками вилочковой железы, которые имитируют различные ткани по всему телу. В частности, исследование показывает, что, принимая разные идентичности, эти специализированные клетки тимуса предвосхищают собственные белки созревающих Т-клеток, с которыми они столкнутся, когда покинут свою нативную тимусную железу .
«Представьте, что ваше тело воссоздано в тимусе», — говорит старший автор исследования Дайан Матис, профессор иммунологии Гарвардской медицинской школы. «Для меня было открытием увидеть своими глазами мышечные клетки в тимусе или несколько очень разных типов кишечных клеток».
Полученные данные, по словам Матиса, проливают свет на то, как адаптивная иммунная система приобретает способность отличать друзей от врагов. Сбои в этой критической системе распознавания могут иметь серьезные последствия.
«Наша иммунная система очень мощная. Она может убить любую клетку в нашем организме, она может контролировать любой патоген, с которым мы сталкиваемся, но с этой силой приходит большая ответственность», — сказал первый автор исследования Дэниел Майкельсон, доктор медицинских наук. студент Гарвардской медицинской школы и научный сотрудник лаборатории Матиса/Бенуа. «Если эту силу не контролировать, она может быть смертельной. При некоторых аутоиммунных заболеваниях она смертельна».
Школа Т-клеток
Т-клетки, названные так потому, что они созревают и учатся выполнять свою работу в тимусе, прежде чем попадают в организм, являются элитными силами иммунной системы, выполняющими множество функций. Они распознают и уничтожают патогены и раковые клетки ; они формируют долговременную память о встречавшихся в прошлом вирусах и бактериях; они регулируют воспаление и подавляют гиперактивный иммунитет.
Но как новорожденная Т-клетка, которая никогда не покидала тимус, узнает, какие белки принадлежат организму, а какие предвещают присутствие врага?
«Т-клетки обучаются в тимусе, но тимус — это не кишечник и не поджелудочная железа», — сказал Майкельсон. «Нет никаких причин, по которым эти Т-клетки должны быть в состоянии распознать эти органы до того, как они покинут тимус».
Исследователи знали, что это раннее обучение действительно происходит в тимусе, но точные инструменты обучения, которые использует железа, ускользали от них.
Молекулярное объяснение многовекового наблюдения
По словам Майкельсона, до середины 1900-х годов вилочковая железа не вызывала особого научного интереса, поскольку считалась рудиментарной. Но еще в середине 1800-х годов — задолго до того, как ученые узнали, что делает тимус или что существует адаптивная иммунная система — биологи уже заметили клетки в тимусе, которые выглядели неуместно. Вглядываясь в свои микроскопы на протяжении десятилетий, они видели клетки, которые выглядели так, как будто они произошли из мышц, кишечника и кожи. Тем не менее, тимус не был ни одним из вышеперечисленных. Наблюдения не имели смысла.
По словам Майкельсона, недавно опубликованное исследование возвращает нас к очень старому открытию и помещает его в совершенно новый молекулярный контекст.
Исследование показало, что эти клетки-учителя, названные клетками-миметиками за их способность имитировать различные ткани, работают, кооптируя различные факторы транскрипции — белки, которые управляют экспрессией генов, уникальных для конкретных тканей. Когда они делают это, миметические клетки эффективно принимают идентичность таких тканей, как кожа, легкие, печень или кишечник. Затем они представляют себя незрелым Т-клеткам, чтобы научить их самотерпимости, как показали эксперименты команды.
Работа показывает, что обучающиеся Т-клетки, которые ошибочно реагируют на собственные белки, либо получают команду на самоуничтожение, либо перепрофилируются в другие типы Т-клеток, которые не убивают, а вместо этого сдерживают другие иммунные клетки от атаки.
«Вилочковая железа говорит: эта клетка автореактивна, мы не хотим, чтобы она была в нашем репертуаре, давайте избавимся от нее», — сказал Майкельсон.
Поворот сюжета
До сих пор считалось, что элиминация аутореактивных Т-клеток регулируется в основном одним белком, называемым AIRE. Лаборатория Матиса/Бенуа сыграла решающую роль в выяснении функции AIRE. Дефекты этого белка могут привести к серьезному иммунному синдрому, характеризующемуся развитием нескольких типов аутоиммунных заболеваний.
Матис и Майкельсон приступили к своим текущим исследованиям, пытаясь составить карту молекулярных путей, участвующих в функции AIRE. Вместо этого они обнаружили в тимусе множество клеток, которые не экспрессировали белок AIRE, но все же были способны принимать идентичность различных типов тканей. AIRE, как поняли исследователи, был лишь частью истории.
Исследователи говорят, что недавно идентифицированные миметические клетки, вероятно, будут играть роль в различных аутоиммунных заболеваниях, связанных с типами тканей, которые они имитируют.
«Мы думаем, что это захватывающее открытие, которое может открыть совершенно новое видение того, как возникают определенные типы аутоиммунных заболеваний и, в более широком смысле, происхождения аутоиммунитета», — сказал Матис.
Исследователи заявили, что их следующие шаги заключаются в том, чтобы получить еще более глубокое понимание молекулярных механизмов, лежащих в основе образования Т-клеток, изучить связь между отдельными типами миметических клеток и функцией и дисфункцией Т-клеток, а также определить, как этот механизм проявляется в организме человека.
Теги: иммунитет
