Британцы случайно открыли универсальные Т-лимфоциты для борьбы с раком
Исследователи из Кардиффского университета обнаружили новый тип неклассических Т-лимфоцитов, рецепторы которых распознают комплексы молекул, характерные практически для всех раковых клеток, но не характерные для здоровых клеток млекопитающих и тех бактерий, которые пытаются их поразить. Вероятно, работа с этими лимфоцитами поможет разработать новые варианты Т-клеточной терапии рака, более универсальные, чем уже существующие, и лишенные ряда их недостатков. Научная статья опубликована в Nature Immunology.
Т-лимфоциты уже достаточно давно используют для борьбы со злокачественными опухолями. Их модифицируют так, чтобы они находили раковые клетки у конкретного пациента, и для других видов опухолей они не подходят (то есть лимфоциты, настроенные на меланому, не сработают при остеосаркоме). Часто антигены, на которые реагируют Т-клетки, связаны с молекулами главного комплекса гистосовместимости (MHC), а его аминокислотный состав сильно отличается у разных пациентов. Все это делает создание средства универсальной иммунотерапии рака практически нереальным.
Однако британские иммунологи под руководством Эндрю Сьюэлла (Andrew Sewell) случайно обнаружили потенциальный способ обойти ряд указанных проблем. Они искали в крови здоровых доноров неклассические Т-клетки (unconventional T cells) — такие, на поверхности которых расположены редкие Т-клеточные рецепторы типа aδ. Подобные лимфоциты часто находят в эпителии кожи, желудочно-кишечного тракта, мочевыводящих и половых путей, и они распознают бактериальные антигены, не связанные с MHC.
Ученые выделили популяцию неклассических Т-лимфоцитов, которые пролиферировали на культуре клеток аденокарциномы легкого человека (A549). Когда иммунологи нарушили работу белков главного комплекса гистосовместимости, это не сказалось на активности Т-лимфоцитов. Из этого авторы сделали вывод, что данные клетки связываются не с молекулами MHC, а с чем-то другим.
Этим «другим» оказался белок MR1. Его аминокислотный состав слабо отличается у разных людей, что делает его более универсальной мишенью, чем MHC. Т-клетки реагируют не на сам MR1, а на его комплексы с антигенами. Обычно в состав таких комплексов входят молекулы, присущие бактериям, но это могут быть и маркеры клеток злокачественных опухолей.
Культуры клеток меланомы, лейкоза и рака легких, полученные из биоматериала пациентов-людей, замедляли рост в присутствии неклассических Т-лимфоцитов, которые нашли иммунологи. То же наблюдалось и in vivo в организмах мышей, которым пересадили человеческие опухоли. При этом на клетки, зараженные бактериями, эти лимфоциты не реагировали, как и на здоровые человеческие клетки.
Тем не менее, как именно выглядят мишени для неклассических Т-клеток, которые обнаружили иммунологи, и почему они распознают столь разные типы раковых клеток, пока непонятно. Предварительные эксперименты показывают, что это могут быть компоненты «ракового метаболома» — некие продукты реакций обмена, присущих только компонентам злокачественных опухолей. Такой вывод сделали на основе того, что неклассические Т-лимфоциты распознавали раковые клетки тем хуже, чем больше в питательной среде было продуктов метаболизма витамина B2.
Эндрю Сьюэлл отмечает, что нужно преодолеть еще немало препятствий и удостовериться, что найденные его командой лимфоциты действительно безобидны для здоровых человеческих клеток. Но когда (если) это получится сделать, тогда можно будет ожидать, что новые методы лечения рака с использованием неклассических Т-лимфоцитов станут доступны пациентам в течение нескольких лет.
Случайные открытия иногда оказываются интереснее, чем экспериментальные подтверждения того, о чем давно подозревали. Именно по счастливой случайности Александр Флеминг в 1928-м обнаружил первый антибиотик — пенициллин. Девяносто лет спустя биологи из Великобритании и США собирались «выключить» недавно найденный бактериальный фермент для переработки полиэтилентерефталата (ПЭТ), но вместо этого неожиданно повысили его активность на 20 процентов.
Светлана Ястребова
Исследование провели на личинках дрозофил
Японские исследователи в экспериментах с дрозофилами установили механизм влияния на нейропластичность фермента убиквитинлигазы, функции которого нарушены при синдроме Ангельмана. Как выяснилось, этот фермент в пресинаптических окончаниях аксонов отвечает за деградацию рецепторов к костному морфогенетическому белку, за счет чего устраняются ненужные синапсы в процессе развития нервной ткани. Отчет о работе опубликован в журнале Science. Синдром Ангельмана представляет собой нарушение развития, которое проявляется умственной отсталостью, двигательными нарушениями, эпилепсией, отсутствием речи и характерной внешностью. Его причиной служат врожденные дефекты фермента убиквитинлигазы Е3А (Ube3a), который присоединяет к белкам убиквитин, влияющий на их судьбу в клетке, в том числе деградацию. При синдроме Ангельмана сниженная активность Ube3a нарушает синаптическую пластичность в процессе нейроразвития, в частности элиминацию ненужных синапсов. Повышенная активность этого фермента, напротив, приводит к неустойчивости сформировавшихся синапсов и, как следствие, к расстройствам аутического спектра. Исследования постсинаптических функций Ube3a показали, что он играет роль в нейропластичности, в частности формировании дендритных шипиков. При этом, по данным иммунохимических и электронно-микроскопических исследований, в коре мозга мыши и человека этот фермент экспрессируется преимущественно пресинаптически. Учитывая высокую эволюционную консервативность Ube3a, сотрудники Токийского университета под руководством Кадзуо Эмото (Kazuo Emoto) использовали для изучения его пресинаптических функций сенсорные нейроны IV класса по ветвлению дендритов (C4da) личинок плодовой мухи дрозофилы. Число дендритов этих нейронов резко сокращается (происходит их прунинг) в первые 24 часа после образования куколки, а на последних стадиях ее развития дендриты разветвляются вновь уже по взрослому типу. Используя флуоресцентные метки различных биомаркеров нейронов, исследователи показали, что в ходе этого процесса ремоделированию подвергаются не только дендриты, но и пресинаптические окончания аксонов. Попеременно отключая разные компоненты участвующих в этих процессах молекулярных комплексов, ученые убедились, что для элиминации синапсов под действием сигнального пути гормонов линьки экдизонов необходима только Ube3a, но не куллин-1 E3-лигаза, участвующая в прунинге дендритов. Дальнейшие эксперименты с применением флуоресцентных меток и РНК-интерференции показали, что Ube3a активно транспортируется из тела нейрона в аксон двигательным белком кинезином со средней скоростью 483,8 нанометра в секунду. Создав мутантов с дефектами в различных участках Ube3a, авторы работы выяснили, что связанные с синдромом Ангельмана мутации D313V, V216G и I213T в среднем домене фермента, содержащем тандемные полярные остатки (TPRs), препятствуют его связи с кинезином и транспорту из тела нейрона в аксон. Как следствие, нарушается элиминация ненужных синапсов. Изменения в N-концевом цинк-связывающем домене AZUL и C-концевом HECT влияли на эти процессы в значительно меньшей степени. Ube3a принимает участие в убиквитинировании многих клеточных белков. Чтобы выяснить, какой из них опосредует элиминацию синапсов, авторы работы вызывали в нейронах избыточную экспрессию разных белков-мишеней Ube3a с целью насытить этот фермент и таким образом заблокировать его действие. Оказалось, что выраженные дефекты элиминации синапсов возникают при избыточной экспрессии тиквеина (Tkv) — пресинаптического рецептора к костному морфогенетическому белку (ВМР); прунинг дендритов при этом не затрагивается. Исследование нормальной экспрессии Tkv с помощью флуоресцентных меток показало, что ее уровень значительно снижается через восемь часов после начала формирования куколки. У мутантов, лишенных Ube3a, этого не происходило. Выключение гена tkv или другого компонента сигнального пути BMP — mad — восстанавливало элиминацию синапсов у таких мутантов, то есть за нее отвечает именно этот сигнальный путь. Это подтвердили, восстановив элиминацию синапсов у мутантов без Ube3a антагонистом BMP LDN193189, а также экспрессией белков Glued-DN или Dad, которые подавляют сигнальную активность Mad. Искусственное повышение пресинаптической экспрессии Ube3a в нейронах C4da вызывало массированную преждевременную элиминацию сформировавшихся синапсов и общее уменьшение синаптической передачи у личинок третьего возраста. Это происходило из-за чрезмерного подавления сигнального пути BMP. Таким образом, дефекты убиквитинлигазы Ube3a, лежащие в основе синдрома Ангельмана, приводят к избыточной активности сигнального пути BMP, вследствие чего не происходит устранение ненужных синапсов в процессе развития нервной системы. Этот сигнальный путь может послужить мишенью для разработки новых методов лечения этого синдрома, а возможно и расстройств аутического спектра, считают авторы работы. В 2020 году американские исследователи сообщили, что им удалось предотвратить развитие синдрома Ангельмана у мышей с мутацией материнской копии гена UBE3A. Для этого они с помощью системы CRISPR/Cas9 инактивировали длинную некодирующую РНК UBE3A-ATS, которая подавляет экспрессию отцовской копии UBE3A.