Ученые выяснили, как иммунные клетки «вынюхивают» патогенные микроорганизмы
Исследовательская группа из Боннского университета в Германии обнаружила, что иммунные клетки выявляют патогены, используя специализированные компоненты врожденной иммунной системы, называемые Toll-подобными рецепторами, которые позволяют организму распознавать инфекцию и инициировать иммунный ответ.
Toll-подобные рецепторы представляют собой специализированный класс клеточных рецепторов, которые распознают эволюционно консервативные (т.е слабо изменяются при случайных мутациях) структуры микроорганизмов и активируют против них клеточный иммунный ответ.
Интересно, что эти рецепторы работают аналогично обонятельным рецепторам — они активируются, чтобы «вынюхивать» бактерии, когда они получают какой-то сигнал тревоги: этот сигнал запускает ряд реакций внутри клетки, таких как фагоцитоз (активация процесса, посредством которого иммунная система клетки поглощают чужеродные организмы, вирусы и бактерии), в то время как другие иммунные клетки «подкрепляются», посылая специальные сигналы, которые вызывают воспаление.
Существует несколько групп Toll-подобных рецепторов, каждая из которых реагирует на свой «запах» (молекулы, которые в ходе эволюции стали важными сигналами тревоги). Раньше ученые не были уверены, что произойдет, когда сигнал будет обнаружен. Дело в том, что разные молекулы могут стимулировать один и тот же Toll-подобный рецептор, вызывая разные ответы, а традиционные методы исследования отнимают много времени и требуют использования флуоресцентных меток.
С этой целью авторы научной работы, опубликованной в журнале Nature Communications, разработали и применили биосенсорный метод, позволяющий в режиме реального времени отслеживать активацию Toll-подобных рецепторов в природных средах без использования флуоресцентных меток. Его можно использовать для наблюдения за изменениями формы клеток при их контакте с сигнальными молекулами липополисахаридов. Напомним, что липополисахарид является основным компонентом наружного слоя внешней мембраны грамотрицательных бактерий, таких как E coli и Salmonella typhimurium.
Для этого ученые помещают ячейки с образцами на прозрачные пластинки со специальным покрытием и освещают их снизу широкополосным источником света. В результате этих изменений (при контакте Toll-подобных рецепторов с липополисахаридом кишечной палочки и сальмонеллы) на покрытии отражаются определенные длины волн света, зависящие от процессов внутри клетки.
Таким образом, научная группа продемонстрировала, что в течение нескольких минут после добавления сигнальных молекул внутри клеток происходят структурные изменения. Хотя оба ингредиента стимулируют одни и те же Toll-подобные рецепторы, их спектры отражения различны.
«Это означает, что одни и те же рецепторы по-разному активируются разными молекулами и затем вызывают специфические реакции в зависимости от сигнала», — заключают авторы научной работы.
Их подход дает подробное объяснение того, как работают Toll-подобные рецепторы, и может привести к разработке новых терапевтических препаратов, которые усиливают иммунные реакции и лечат воспалительные и аутоиммунные заболевания, такие как сепсис, ревматоидный артрит, болезнь Альцгеймера и болезнь Альцгеймера определенные виды рака.