Когда Т-клетки сталкиваются с антигеном, они размножаются и производят дочерние клетки различных типов. Команда из Технического университета Мюнхена (TUM) опровергла преобладающую гипотезу о том, что этот иммунный ответ в значительной степени предопределен индивидуальной структурой рецептора Т-клеток. Вместо этого влияние рецептора Т-клеток можно описать только в вероятностных терминах. Такие математические модели могут помочь улучшить дизайн будущих стратегий вакцинации.
Наша приобретенная иммунная система защищает организм от таких угроз, как вирусы, бактерии и рак. Особую роль играют Т-клетки, каждая из которых несет на своей клеточной мембране индивидуальный рецептор. Этот рецептор Т-клеток можно рассматривать как узкоспециализированный датчик. Он подходит ровно к одной молекуле, так называемому антигену, расположенному на поверхности вируса, например. Поскольку рецепторы уникальны, есть небольшие различия между любыми двумя рецепторами, которые распознают один и тот же антиген.
Когда Т-клетка распознает соответствующий антиген своим рецептором, происходят две вещи: она быстро размножается и ранее "наивный" Т-клетка, неспособная бороться с инфекционным агентом, дифференцируется в новые типы клеток. Их можно условно разделить на эффекторные клетки или клетки памяти. Эффекторные клетки выделяют вещества, которые опосредуют настоящий иммунный ответ и исчезают, когда опасность миновала. Клетки памяти, напротив, сохраняются в организме и обеспечивают очень быстрый иммунный ответ в случае новой инфекции тем же инфекционным агентом. Этот эффект используется при вакцинации.
Различные паттерны в отдельных ячейках
Количество и тип клеток, продуцируемых одной наивной Т-клеткой, варьируется. Почему это так, спорят исследователи. Согласно одной из гипотез, все зависит от рецептора Т-лимфоцитов. Благодаря своей индивидуальной структуре некоторые рецепторы Т-клеток лучше подходят к антигену и, следовательно, образуют более сильную связь с ним, чем другие. Это привело к выводу, что эти различия в силе связи определяют, как будут развиваться Т-клетка и ее дочерние клетки.
"Мы смогли показать, что это объяснение не работает, если изучить, как отдельные Т-клетки реагируют на инфекции," говорит доктор. Вайт Буххольц, руководитель исследовательской группы Института медицинской микробиологии, иммунологии и гигиены ТУМ, который является одним из основных авторов исследования. Исследователи изучили развитие отдельных Т-клеток с идентичными Т-клеточными рецепторами, которые подвергались воздействию одного и того же антигена.
"Результат был очевиден," говорит Бухгольц. "Согласно гипотезе, что качество соединений имеет решающее значение, все результаты должны были показать одну и ту же картину. Вместо этого отдельные Т-клетки генерировали сильно различающееся количество разных типов клеток."
Группы Т-клеток демонстрируют регулярное поведение
Однако это не означает, что развитие Т-клеток полностью хаотично. Когда они изучали группы наивных Т-клеток вместо отдельных клеток, ученые TUM наблюдали ожидаемые закономерности.
Эти, казалось бы, противоречивые результаты подтверждают гипотезу исследователей. "Результаты для отдельных Т-лимфоцитов действительно сильно различаются. Однако разные закономерности возникали с определенной вероятностью," говорит проф. Дирк Буш, директор Института медицинской микробиологии, который также является одним из основных авторов статьи. В сотрудничестве с группой биоматематических исследований, возглавляемой доктором. Майкл Флоссдорф, команда использовала эти вероятности для создания математической модели. Это показывает, что когда результаты экспериментов с одной клеткой объединены, они совпадают с результатами для групп клеток. В 2013 году команда применила аналогичную процедуру к другому типу наивных Т-лимфоцитов.
Значение для иммунизации
Если мы уже знаем законы, регулирующие развитие группы Т-клеток, было бы разумно спросить, зачем вообще нужно изучать отдельные Т-клетки. "Т-клеточные иммунные ответы на инфекции и опухоли иногда возникают из-за очень небольшого количества клеток," объясняет Дирк Буш. "Чтобы предсказать, как будут разворачиваться эти ответы, важно понимать, как ведут себя отдельные Т-клетки."
На практике идеи, полученные Бухгольцем, Бушем и их командой, могут помочь, например, в улучшении вакцинации, на которую может реагировать лишь очень небольшое количество Т-клеток в организме," говорит Файт Бухгольц: "Чем лучше мы понимаем вероятности образования защитных клеток памяти после однократной вакцинации, тем точнее мы сможем контролировать этот процесс с помощью различных последовательных иммунизаций."