Назад
Создана первая в своем роде комплексная карта сети связей, составляющих иммунную систему человека, что может привести к созданию новых иммунотерапий для лечения рака, инфекционных заболеваний и других состояний, в которых иммунные реакции играют важную роль.
Создавая карту иммунной системы, ученые показали, как иммунные клетки во всем организме связываются между собой и общаются. Это исследование, опубликованное недавно журнале Nature, включает в себя открытие многих ранее неизвестных взаимодействий, которые в совокупности проливают свет на организацию иммунной защиты организма. Это дает ответы на давние вопросы о иммунотерапиях, которые уже используются для лечения пациентов. В будущем эта общедоступная и подробная карта иммунной системы может также сыграть важную роль в разработке новых методов лечения.
Иммунная система состоит из специализированных клеток, некоторые из которых по отдельности перемещаются по организму, сканируя его в поисках признаков травмы или болезни. Как только эти клетки обнаруживают угрозу, они должны передать сигнал другим клеткам, чтобы вызвать эффективный иммунный ответ. Одним из способов передачи сигнала между клетками являются белки на поверхности клеток, которые связываются с соответствующими "рецепторными" белками на поверхности других клеток. Ранее ученые и клиницисты имели лишь неполную карту этих рецепторных связей между всеми различными типами иммунных клеток в организме.
Глубокое понимание взаимодействия между иммунными клетками и того, как эти связи вписываются в человеческий организм в целом, является жизненно важным для разработки методов лечения, усиливающих иммунную систему для борьбы с заболеваниями, известных как иммунотерапия. Иммунотерапия уже продемонстрировала большой потенциал в лечении заболеваний, в частности, некоторых видов рака. Однако она хорошо работает только в определенных группах пациентов и при определенных заболеваниях. Знание карты связей иммунных рецепторов может помочь объяснить, почему иммунотерапия иногда работает только у части пациентов, и предложить новые цели для разработки будущих иммунотерапий, которые могут работать для пациентов, которые в настоящее время не получают пользы от этих передовых методов лечения. Также необходимо понимать сигналы, передающиеся от клетки к клетке в иммунной системе, если мы надеемся предотвратить и вылечить аутоиммунные заболевания.
В новой публикации Института Сэнгера (Wellcome Sanger Institute) подробно описывается, как исследователи выделили и изучили практически полный набор поверхностных белков, которые физически связывают иммунные клетки между собой. Затем они использовали компьютерный и математический анализ для создания карты, показывающей типы клеток, мессенджеры и относительную скорость каждого обмена информацией между иммунными клетками. Создание такой подробной карты иммунной системы потребовало многих лет технологического прогресса для решения проблемы такого масштаба. Каждая иммунная клетка может иметь сотни различных поверхностных белков и рецепторов, а взаимодействия между этими белками часто настолько скоротечны, что для создания точной карты пришлось изобрести специализированные методы.
С помощью этой карты можно проследить влияние различных заболеваний на иммунную систему в целом и изучить новые методы лечения, которые воздействуют на различные белки поверхности иммунных клеток. Белки клеточной поверхности служат основой для новых лекарственных препаратов чаще, чем любой другой тип белка, благодаря их доступности для препаратов и мощному влиянию на сигналы, которые получает клетка.
Джаррод Шилтс, первый автор работы говорит: "Скрупулезное выделение и анализ каждой иммунной клетки и их взаимодействия с другими позволило нам получить первую карту взаимодействия между всеми иммунными клетками человеческого организма. Это огромный шаг в понимании внутренней работы иммунной системы, и мы надеемся, что он будет использован исследователями по всему миру для разработки новых методов лечения, которые будут работать с защитными механизмами организма. Это исследование позволило создать новый невероятный инструмент, который можно использовать для определения того, на какие белки и пути будет полезно нацелиться при разработке лекарственных препаратов. Оно также может дать представление о том, будет ли лекарство влиять на другие пути, которые могут вызвать побочные эффекты. Вся эта информация может помочь в разработке новых методов лечения и может стать важнейшим подтверждающим фактом, который поможет обеспечить проведение клинических испытаний наиболее эффективных методов лечения".
Профессор Гэвин Райт, старший автор исследования, отмечает: "Иммунотерапия работает с иммунной системой организма для борьбы с такими заболеваниями, как рак и аутоиммунитет. Они могут быть невероятно эффективными для определенных групп людей, но не для всех, оставляя некоторых людей без терапии. Наше исследование, ставшее кульминацией более чем двух десятилетий работы, может дать ключ к пониманию того, почему эти методы лечения более эффективны в некоторых группах, и как их можно адаптировать для того, чтобы как можно больше людей могли получить от них пользу".
J. Shilts et al. Принципиальная физиологическая схема иммунной системы человека (аннотация).
Иммунная система человека состоит из распределенной сети клеток, циркулирующих по всему организму, которые должны динамически формировать физические ассоциации и общаться с помощью взаимодействий между протеомами их клеточной поверхности. Несмотря на их терапевтический потенциал, наша карта этих поверхностных взаимодействий остается неполной.
В данном исследовании, используя высокопроизводительный метод скрининга поверхностных рецепторов, мы систематически картировали прямые белковые взаимодействия в рекомбинантной библиотеке, которая охватывает большинство поверхностных белков, обнаруживаемых на лейкоцитах человека. Мы независимо подтвердили и определили биофизические параметры каждого нового взаимодействия, что позволило получить достоверное и количественное представление о рецепторной структуре, связывающей иммунные клетки человека. Интегрируя наш интерактом с данными экспрессии, мы выявили тенденции в динамике иммунных взаимодействий и построили редукционистскую математическую модель, которая предсказывает клеточные связи на основе базовых принципов. Мы также разработали интерактивный многотканевый атлас единичных клеток, который определяет иммунные взаимодействия во всем организме, выявляя потенциальные функциональные контексты для новых взаимодействий и узлы в многоклеточных сетях. Наконец, мы объединили целевую белковую стимуляцию человеческих лейкоцитов с мультиплексной высококонтентной микроскопией, чтобы связать наши рецепторные взаимодействия с функциональными ролями, как в плане модуляции иммунных ответов, так и в плане поддержания нормальных паттернов межклеточных ассоциаций.
В совокупности наша работа обеспечивает систематический взгляд на межклеточные связи иммунной системы человека, который простирается от принципов связи иммунных клеток на уровне системы до механистической характеристики отдельных рецепторов, что может открыть возможности для терапевтического вмешательства.
