Ученые предполагают, что в ходе исследований роль генетики в риске иммунного заболевания может быть упущена. Используя комбинацию стволовых клеток и новых аналитических инструментов, ученые из Wellcome Sanger Institute и их сотрудники обнаружили, что ключи к разгадке вклада генетической изменчивости в риск заболевания лежат не только в генах, но и в молекулярных переключателях, которые контролируют эти гены.
Результаты, опубликованные сегодня (29 января) в журнале Nature Genetics, впервые показывают, как иммунные клетки, созданные из индуцированных человеком плюрипотентных стволовых клеток (HiPSC), могут моделировать вариации иммунного ответа между людьми.
Исследователи обнаружили, что различия в иммунных ответах из-за генетической изменчивости были видны только на определенных этапах эксперимента, когда иммунные клетки находились в определенных состояниях, например, когда они были активированы.
В других штатах можно было увидеть только «следы» эффектов генетической изменчивости. Однако, изучив два элемента, гены и регуляторные области – молекулярные «переключатели», которые контролируют экспрессию этих генов, исследователи смогли определить истинное влияние генетических различий на иммунный ответ.
Результаты показывают, что фактическое влияние генетической изменчивости на иммунный ответ часто скрыто, если не исследовать его тщательно.
Понимание роли генетических вариантов, помогая нашей иммунной системе бороться с болезнями, является важным шагом на пути к более целенаправленной терапии.
Доктор Дэн Гаффни, старший автор из института Wellcome Sanger, сказал: "Мы обнаружили, что влияние генетических вариантов на то, как иммунные клетки людей реагируют на патоген, такой как сальмонелла, зависит от состояния – они видны только на определенных стадиях инфекции. Это означает, что последствия генетических различий в иммунных расстройствах могут быть упущены в исследованиях, если ученые не изучают одновременно гены и их контролирующие области, регуляторные элементы иммунных клеток на всех стадиях инфекции."
В ходе исследования ученые дифференцировали индуцированные человеком плюрипотентные стволовые клетки в лейкоциты, называемые макрофагами. Затем макрофаги изучали в четырех различных состояниях: нестимулированный, после 18 часов стимуляции сигнальной молекулой гамма-интерферона, после пяти часов заражения сальмонеллой и после стимуляции интерфероном-гамма с последующим заражением сальмонеллой.
Д-р Каур Аласоо, ранее работавший в Институте Wellcome Sanger, а теперь из Тартуского университета, Эстония, сказал: "Преимущество использования стволовых клеток, а не ранее существовавших клеток крови, заключается в том, что они очень гибкие и позволяют нам изучать эффекты стимуляции на двух разных уровнях. Мы проанализировали, какие гены в геноме экспрессируются на каждой стадии инфекции, а также изучили активность энхансеров – молекулярных «переключателей», которые контролировали экспрессию этих генов. Эта новая комбинация инструментов позволила нам увидеть в противном случае скрытые эффекты генетической изменчивости на иммунный ответ."
Команда также обнаружила, что генетические вариации влияют на готовность иммунных клеток бороться с инфекцией. В частности, иммунные клетки некоторых людей были готовы бороться с инфекцией сальмонеллы, в то время как макрофаги других людей были менее готовы, и им требовалось больше времени для ответа. Такой уровень «готовности» был обусловлен феноменом, известным как прайминг энхансера, когда некоторые переключатели уже были включены в нестимулированных клетках, чтобы облегчить более быстрый ответ. В некоторых случаях иммунные клетки могут быть чрезмерно активными, и это может привести к воспалительной реакции, связанной с иммунными нарушениями.
Профессор Гордон Дуган из Института Wellcome Sanger добавил: "Если изучаемый генетический вариант связан с заболеванием, таким как иммунное расстройство, необходимо быть уверенным в том, на какой ген влияет этот вариант, чтобы разработать эффективную терапию. Это может быть видно только в небольшом временном окне заражения. Эти результаты позволяют по-новому взглянуть на изучение механизмов, лежащих в основе инфекции и болезни."