Раны, полученные в светлое время суток, заживают лучше, чем полученные ночью — к таким выводам пришли клеточные биологи из Кембриджа на основании экспериментов с циркадными ритмами в клетках соединительной ткани. Оказалось, что активность этих клеток, от которой зависит скорость заживления ран, регулируется в соответствии с биологическими часами. Исследование опубликовано в журнале Science Translational Medicine, также о нем рассказывает New Scientist.
Биологические часы, или циркадные ритмы — молекулярный осциллятор, который определяет активность животных в соответствии с 24-часовыми сутками. Благодаря часам, которые регулируются солнечным светом, организм выделяет для себя активную фазу (для человека это день) и фазу отдыха (ночь). Ранее исследователи показали, что у мышей с генетическим нарушением циркадных ритмов плохо заживают раны. В новой работе биологи описали молекулярный механизм, который лежит в основе этого феномена.
Скорость заживления раны зависит от активности фибробластов — клеток соединительной ткани. Эти клетки «ползут» в направлении поврежденной зоны, попутно синтезируя компоненты внеклеточного матрикса, такие как коллаген. Двигаться клеткам помогает цитоскелет, одним из главных компонентов которого является белок актин. Актин в клетке может находится в форме отдельных молекул, из которых в случае необходимости собираются нити. Процесс сборки называется полимеризацией актина.
Британские исследователи обнаружили, что скорость полимеризации актина в фибробластах зависит от внутриклеточных циркадных ритмов. Скорость была выше в «активную фазу» и ниже — в «фазу отдыха» (в эксперименте на клетках эти фазы обозначали условно в соответствии с тем, сколько времени прошло с момента синхронизации клеточной культуры, то есть с момента «сверки часов»). В клетках с выключенным белком Cry (одной из главных «шестеренок» биологических часов) никаких колебаний не происходило.
В соответствии со скоростью формирования цитоскелета изменялась и активность фибробластов. В модельном эксперименте с клеточным монослоем процесс заживления «раны» (повреждения в слое фибробластов) также происходил быстрее в «активную фазу». В отдельном эксперименте авторы показали, что это верно не только для фибробластов, но и для кератиноцитов — основных клеток кожи.
Тот факт, что скорость заживления повреждения регулируется биологическими часами, исследователи подтвердили на мышах, сначала ex vivo на кусочке мышиной кожи, а затем на коже делали порезы в разное время суток. Через две недели, после заживления порезов в этих местах оценивали объем нового коллагена, который косвенно отражал активность фибробластов и скорость затягивания раны. Для порезов, сделанных в мышиную активную фазу суток, эти значения оказались достоверно выше.
Чтобы оценить применимость гипотезы для человека, авторы работы проанализировали клиническую базу данных, куда врачи заносят информацию о пациентах с ожогами кожи (Burn Injury Database, iBID). Оказалось, что ожоги, полученные в ночное время, заживают в среднем на 60 процентов дольше, чем полученные днем.
Исследователи предполагают, что полученную информацию об участии циркадных ритмов в залечивании ран можно будет использовать в клинике при помощи применения так называемых хроноактивных препаратов, которые «перенастраивают» клеточные часы (к ним относятся, например, глюкокортикоиды).
Авторы работ по исследованию механизма работы биологических часов в этом году были удостоены Нобелевской премии по физиологии и медицине. Подробнее о работе этих часов можно прочитать в нашем материале.
И еще четырех видов опухолей
Британские и датские иммунологи обнаружили на цитотоксических T-лимфоцитах рецептор, узнающий одновременно три разных опухолевых антигена. Пациент, у которого были обнаружены эти Т-клетки, смог достичь полной ремиссии меланомы четвертой клинической стадии. Такое строение T-клеточных рецепторов не дает клеткам опухоли ускользнуть от противоопухолевого иммунитета. Похожие типы Т-клеточных рецепторов есть и у здоровых людей, но их роль в противоопухолевом иммунитете пока неясна. Исследование опубликовано в виде статьи в журнале Cell. Клеточная терапия онкологических заболеваний направлена на введение в организм Т-лимфоцитов, узнающих фрагменты белков опухоли, выставляемые клетками на поверхности белков главного комплекса гистосовместимости (HLA-антигенов). Она позволяет добиться ремиссии во многих случаях, при которых другие виды лечения неэффективны. Но врачи часто сталкиваются с ускользанием опухолевого клона от такого иммунитета. Иногда достаточно нескольких месяцев, чтобы опухолевые клетки перестали экспрессировать маркер, который должны были узнавать лимфоциты. Хотя большинство Т-лимфоцитов узнают один эпитоп, некоторая часть из многообразия Т-клеточных рецепторов, образующихся в процессе созревания Т-клеток, узнает не один, а сразу несколько антигенов. Такие клетки есть и у здоровых людей, и у пациентов с аутоиммунными болезнями. Рецепторы, нацеливающие иммунную систему сразу на несколько молекул-мишеней, могли бы повысить эффективность клеточной терапии. Ведь даже если с поверхности опухоли исчезнет один антиген, то иммунный ответ против второго сохранится, и лечение останется эффективным. Шаг в сторону использования этого принципа в терапии сделала группа онкологов и иммунологов из Великобритании и Дании под руководством Эндрю К. Сьюэлла (Andrew K.Sewell) из Университета Кардиффа. На протяжении последних 15 лет они занимаются клеточной терапией меланомы. В рамках клинических исследований врачи забирали у пациентов клетки крови, отбирали среди них Т-лимфоциты, тропные к меланоме, и после культивации in vitro вводили клетки обратно пациентам. В одном из исследований, проведенном в 2011-2014 годах, участвовал пациент с четвертой клинической стадией меланомы, у которого клеточная терапия позволила добиться десятилетней ремиссии болезни (обычно же медианная продолжительность жизни с момента постановки диагноза у таких пациентов не превышает года). Ученые решили детально исследовать, с какими особенностями Т-клеточного ответа это было связано. Как выяснили иммунологи, почти вся противоопухолевая активность лимфоцитов пациента была связана одним лимфоцитарным клоном (его обозначили MEL8), который реагировал in vitro не только на меланому, но и на клетки острого миелолейкоза, опухоли молочной, предстательной и поджелудочной железы от других пациентов с таким же типом HLA-антигена (гаплотип HLA A*02:01, наиболее распространенный в мире). Это было неожиданно, ведь рецепторы этих Т-клеток чувствительны к белку мелану A, специфичному для меланоцитов и происходящих от них опухолей (включая меланому). Авторы создали библиотеку из 936 миллиардов декапептидных последовательностей и оценили in silico сродство рецепторов MEL8 к олигопептидам, связанным с HLA A*02:01. Такой скрининг позволил отобрать 500 пептидов, представленных в протеоме человека. Три из них — участки белков мелана А, BST2 и IMP2 — имели сродство к Т-клеточному рецептору MEL8 in vitro и при этом экспрессировались меланомой. У всех трех декапептидных последовательностей нашлась гомология и на уровне аминокислотной последовательности, и на уровне третичной структуры, что было подтверждено рентгеноструктурным анализом. Т-клетки, у которых есть рецепторы, тропные одновременно к мелану А, IMP2 и BST2, были обнаружены у здоровых добровольцев и у одного пациента с хроническим лимфолейкозом, но их количество было невелико. Обнаруженный вид поливалентного рецептора можно использовать и для лечения других пациентов: исследователи секвенировали последовательность Т-клеточного рецептора и трансдуцировали этой последовательностью другие линии лимфоцитов в рамках своих экспериментов. Следовательно, есть предпосылки для создания эффективной клеточной терапии опухолей или противоопухолевой вакцины. Впрочем, пока невозможно говорить, насколько безопасной было бы такое лечение, ведь исследование британских и датских ученых основано лишь на единичных наблюдениях пациентов с опухолями. Кроме того, распознавание эпитопов Т-клеточным рецептором зависит от варианта HLA.антигена, имеющегося у данного конкретного человека, и распространенность полимодальных Т-клеточных рецепторов у носителей разных вариантов HLA может отличаться. Даже сильного иммунного ответа против клеток меланомы может оказаться недостаточно для победы над болезнью — на эффективность лечения могут влиять такие факторы, как уровень тестостерона.