Цивилизация
Исследование российских и американских ученых позволило пролить свет на механизмы работы одной из самых важных для иммунитета систем — лимфатической. Обширное иммунологическое исследование показало, что лимфатические узлы при возникновении воспалительного процесса изменяют процесс оборота иммунных клеток, чтобы обеспечить более эффективную борьбу с инфекцией. Исследование опубликовано в Proceedngs of the National Academy of Sciences.
О ходе работы и участниках международного научного коллектива «Газете.Ru» рассказала первый автор статьи профессор Мичиганского университета Ирина Григорова.
— В чем важность лимфатических узлов, работе которых посвящено исследование, для иммунитета человека?
— Лимфатические узлы и другие лимфатические органы — это центры, где запускается иммунный ответ.
Именно в них клетки, призванные бороться с инфекцией, собираются вместе, чтобы «начать действовать», поэтому работа иммунной системы без лимфатической невозможна. Например, если у человека или животного нет лимфоузлов, в таком организме система приобретенного иммунитета будет серьезно нарушена. Эта система обеспечивает более интенсивный и специфический иммунный ответ, а также иммунологическую память, благодаря которой каждый чужеродный микроорганизм «запоминается» по уникальным для него антигенам (веществам, вызывающим образование антител). Специфичность (избирательность) антигена позволяет осуществлять реакции, которые предназначены конкретным микроорганизмам или инфицированным ими клеткам. За эффективную борьбу с повторными инфекциями отвечают «клетки памяти», образующиеся во время иммунного ответа на первичную, незнакомую инфекцию: если организм инфицируется более одного раза, эти специфические клетки памяти быстро распознают и уничтожают знакомую инфекцию. Так называемые Т и В лимфоциты — одни из главных участников приобретенной иммунной системы. B-клетки вырабатывают антитела, в то время как T-клетки отвечают за другие аспекты иммунного ответа. В нашей работе мы изучили особенности поведения этих клеток при попадании в лимфатические узлы.
— Какую роль играют лимфоузлы в работе лимфоцитов?
— «Наивные», неактивированные лимфоциты перемещаются между кровеносной и лимфатической системами организма в поисках чужеродного патогенного антигена. Распознавание антигена и специфическая активация лимфоцитов происходят, как правило, в лимфатических органах — лимфоузлах и селезенке. Т и В клетки попадают в лимфатические узлы из крови, проникая через стенку специальных кровеносных сосудов. В лимфоузлах лимфоциты активно мигрируют в течение нескольких часов. В случае обнаружения чужеродного антигена, характерного для данного конкретного лимфоцита, он активируется, что является первым шагом в запуске высокоспецифичного иммунного ответа организма.
В отсутствие антигена «наивные» лимфоциты через несколько часов покидают лимфоузлы и выходят в лимфатические сосуды через так называемые кортикальные лимфатические синусы. Проникновение лимфоцитов в кортикальные синусы определяется присутствием на них рецептора S1P1. В лимфатическом сосуде лимфоциты подхватываются потоком лимфы, который выносит их к другим лимфатическим узлам или в кровь. Из крови лимфоцит попадает в другой лимфатический орган, где он может продолжить свой нескончаемый поиск патогенных антигенов. Подобная рециркуляция лимфоцитов критически важна для своевременного распознания чужеродных антигенов и запуска иммунного ответа.
— Какие особенности работы лимфоузлов вам удалось выявить?
— Целью нашей работы было исследование механизмов рециркуляции Т и В клеток через лимфатические узлы, регуляция этих механизмов во время инфекций и исследование того, как крупные антигены попадают в лимфатические узлы, где их распознают соответствующие В лимфоциты. Исследования проводились на мышах.
С помощью конфокальной микроскопии мы воссоздали 3D-карту лимфатического узла, которая включает все кровеносные сосуды, через которые лимфоциты попадают в него, и кортикальные лимфатические синусы, через которые они покидают лимфатический узел.
Затем с помощью двухфотонной микроскопии, позволяющей отслеживать движение лимфоцитов в лимфоузлах (опыт проводился на живых мышах) мы обнаружили, что внутри закрытых концов кортикальных синусов лимфоциты подхватывются потоком лимфы и выносятся из лимфоузлов в лимфатические сосуды. Однако при этом заметная часть лимфоцитов возвращается из кортикальных синусов обратно в лимфатичекие узлы. Математическая модель, основанная на экспериментально измеренных параметрах, показала, что время, проводимое «наивными» Т-лимфоцитами в лимфоузлах, в основном определяется их миграцией и вероятностью проникновения в кортикальные синусы при контакте с ними, и предсказала, что приблизительно половина Т-клеток, попадающих в кортикальные синусы, возвращаются из этих синусов обратно в лимфоузел.
Кроме того, известно, что в условиях воспаления, как правило, сопровождающего инфекцию, лимфоциты синтезируют специальную молекулу CD69, которая нарушает внутриклеточную сигнализацию, запускаемую S1P1 рецептором. Мы показали, что в условиях локального воспаления лимфоциты, прибывающие в лимфатические узлы, синтезируют CD69 намного быстрее. Значит, локальное воспаление блокирует проникновение лимфоцитов в синусы и предотвращает преждевременный выход лимфоцитов из лимфоузла, позволяя им более тщательно исследовать лимфоузел на предмет наличия антигена.
Таким образом, лимфоузлы в случае воспаления сами «удерживают» Т-лимфоциты внутри себя, обеспечивая более эффективную иммунную реакцию».
В заключение мы обнаружили, что антигены, приносимые лимфой к лимфатическим сосудам, могут диффундировать в кортикальные лимфатические синусы в направлении, противоположном течению жидкости в этих синусах. Там их могут распознать В-клетки, специфичные для этого антигена, которые могут вернуться в лимфоузел и инициировать иммунный ответ. В дополнение к экспериментальному исследованию наш российский коллега Михаил Пантелеев, заведующий лабораторией молекулярных механизмов гемостаза ЦТП ФХФ РАН, промоделировaл процесс диффузии антигена против потока и показал, что, хотя подобная диффузия высокомолекулярных белковыx комплексов в лимфоузлы вполне возможна, вероятность попадания вирусных частиц в лимфоузел подобным путем на много порядков меньше.
Нужно отметить, что изучение процесса доставки антигена к В-лимфоцитам — это очень важная тема, в которой в последние годы пытаются разобраться лидирующие лаборатории в иммунологии. По этому поводу был опубликован ряд работ в Nature, Nature Immonology. Мы нашли еще один возможных механизм обнаружения антигенов В-клетками. Предположительно, он увеличивает вероятность обнаружения антигена В-клеткой до того, как она покинет лимфоузел.
— Расскажите об авторском коллективе статьи и о своем пути в науке.
— Данная работа проводилась в Университете Калифорнии в Сан-Франциско, в лаборатории профессора Джейсона Цистера, где я работала до недавнего времени, в соавторстве с коллегами из Центра теоретических проблем физико-химической фармакологии РАН.
Я училась в Москве, окончила физический факультет МГУ, кафедру биофизики. Дипломную работу я выполняла в центре гематологии у профессора Фазоила Атауллаханова. Его лаборатория уникальна — это одна из первых лабораторий в мире, где начали не только исследовать компоненты, из которых состоят биологические системы, но и пытаться понять, что определяет динамическое поведение сложных биосистем. Поэтому вопросы, связанные с клеточным гомеостазом, свертыванием крови и тромбообразованием, а также многие другие важные проблемы в этой лаборатории исследуются с помощью комбинации экспериментальных подходов с построением и проверкой математических моделей сложных биологических систем. В результате после окончания дипломной работы я «заболела» динамикой живых систем и сейчас в США, работая с другими системами, продолжаю пытаться применять схожие математизированные подходы. Многие ученые, разъехавшиеся по всему миру, выросли в лаборатории профессора Атауллаханова и остаются в тесном контакте с ней.
Наш соавтор по этой работе Михаил Пантелеев был дипломником в той же лаборатории и теперь сам заведует лабораторией в центре гематологии. Михаил провел для нас все расчеты, необходимые для понимания процесса диффузии антигена против потока жидкости, и мы очень благодарны ему за этот вклад. Надеюсь, что работа по изучению регуляции динамики иммунного ответа, как и наше сотрудничество с российскими коллегами, продолжится.