Биологи создали атлас клеток тимуса

Используя секвенирование РНК одиночных клеток, исследователи создали атлас клеток тимуса — органа, в котором происходит созревание и отбор Т-лимфоцитов, ключевых игроков адаптивного иммунитета. В работе, опубликованной в журнале Science, они восстановили траектории развития Т-лимфоцитов и кинетику рекомбинации их рецепторов, а заодно описали активность генов остальных клеток тимуса с момента его формирования до остановки его работы.

Созревание Т-лимфоцитов в тимусе происходит в активном взаимодействии с другими типами клеток вроде эпителиальных, дендритных, макрофагов. Еще на эмбриональной стадии развития предшественники Т-клеток мигрируют из костного мозга и печени в тимус. Там они созревают, приобретая уникальные последовательности Т-клеточных рецепторов, а затем проверяются и отбираются на функциональность и отсутствие аутоиммунности. 

Тимус формируется в совсем раннем возрасте, а примерно к двадцати годам прекращает свою работу, так что начиная с этого момента разнообразие наивных Т-клеток только уменьшается. В пожилом возрасте сокращение их репертуара может быть связано с развитием рака, инфекций или аутоиммунных болезней. Понимание того, как меняется состав клеток тимуса и как там происходит созревание Т-клеток, имеет прикладное значение, но большинство посвященных этому вопросу работ сделано на мышах. Чен Ун Парк (Jong-Eun Park) и его коллеги из института Сенгера в США решили восполнить этот пробел и создали детальный атлас активности клеток тимуса.

Ученые секвенировали в общей сложности РНК из 255901 клетки 24 образцов тимуса и других органов разных возрастов. Сравнив экспрессию генов они составили своеобразный атлас клеток. Из иммунных клеток в атлас попали Т-клетки на разных стадиях развития, В-клетки, натуральные киллеры, врожденные лимфоидные клетки, макрофаги, моноциты и дендритные клетки, а из числа остальных — эпителиальные клетки тимуса, фибробласты, клетки стенок кровеносных и лимфатических сосудов. Вышеперечисленные группы клеток отличались друг от друга по экспрессии, а в ряде случаев исследователи обнаружили маркерные гены, экспрессия которых четко делит их на более мелкие подтипы. Всего биологи смогли выделить сорок кластеров клеток. Cреди них были как хорошо известные ранее типы, так и несколько новых или слабо изученных, как, например, активированные дендритные клетки (aDC) с повышенной активностью генов LAMP3 and CCR7 или неклассические Т-клетки (unconventional T-cell) с уникальным профилем экспрессии.

Большое количество данных позволило авторам не только сделать общее описание клеток, но и наглядно продемонстрировать их поведение во времени, от самых ранних стадий формирования тимуса до того момента, как он перестает работать. Так на их данных была хорошо видна динамика созревания Т-лимфоцитов в фетальных образцах. Известно, что эти клетки созревают в несколько стадий, отмеченных активностью (или ее отсутствием) двух генов иммуноглобулинов, CD4 и CD8. Исследователи пронаблюдали как на 7-9 неделях развития зародыша количество предшественников Т-клеток на ранней стадии (CD4-/CD8-) постепенно снижается, уступая место клеткам на следующей стадии (CD4+/CD8+). Затем появляются клетки на третьей стадии, у которых работает только один из двух генов, и к двенадцатой неделе соотношение этих клеток приходит в равновесие. Кроме того, авторы статьи реконструировали альтернативные траектории развития множества других, неклассических T-клеток, а заодно и тех иммунных клеток, которые обслуживают созревание лимфоцитов.

Также исследователи проследили за формированием и отбором рецепторов Т-клеток. Их вариабельные участки, благодаря которым работает приобретенный иммунитет, набираются случайным образом из кусков генов трех классов и склеиваются между собой. Анализ показал, что этот выбор не совсем случайный и некоторые участки используются чаще. Чем вызвана эта избирательность, пока не совсем понятно, но авторы заметили, что часто используемые фрагменты расположены в геноме рядом, группами.

С возрастом иммунный ответ Т-клеток слабеет, это сказывается на здоровье и снижает эффективность прививок. После остановки работы тимуса количество наивных Т-клеток постепенно снижается, а у оставшихся — судя по протеомному исследованию на мышах — возникают проблемы с дыханием.

Вера Мухина