Мутация помешала клеткам тимуса воспитать лимфоциты
Описана новая мутация, приводящая к тяжелому комбинированному иммунодефициту. По результатам исследования, опубликованного в Science Immunology, поломка гена PAX1 мешает нормальному развитию клеток эпителия тимуса. В результате они неспособны контролировать созревание Т-лимфоцитов и те формируются в недостаточном количестве или получаются нефункциональными. Для лечения таких пациентов авторы статьи предлагают вместо традиционной пересадки костного мозга использовать пересадку тканей тимуса.
Тяжелый комбинированный иммунодефицит — редкая наследственная болезнь, при которой человек становится крайне восприимчив ко всем инфекциям. Причина кроется в мутациях, затрагивающих ключевые для работы лимфоцитов гены вроде генов комплекса гистосовместимости или рецепторов интерлейкинов. Эту болезнь лечат трансплантацией костного мозга: в организм пациента подсаживаются стволовые клетки крови без мутаций и они дают начало здоровой популяции иммунных клеток. Если подходящего донора не находится, дети обычно умирают в течение первого года жизни, хотя известен случай, когда ребенок прожил 12 лет, — все это время он находился в абсолютно стерильных условиях.
Иногда — даже если проблем с донором нет — обновление клеток иммунитета не помогает. Это обусловлено характером мутации: она «ломает» не сами лимфоциты, а вспомогательные клетки, которые помогают им созреть. К таким «нянькам» относятся клетки тимуса, — железы, в которой проходит детство Т-лимфоцитов.
Ясухиро Ямазаки (Yasuhiro Yamazaki) из Национального института аллергии и инфекционных заболеваний и его коллеги исследовали шесть таких случаев и нашли общую проблему. Секвенировав экзомы трех пациентов они выяснили, что у тех сломаны обе аллели гена PAX1. Он относится к семейству тканеспецифичных транскрипционных факторов, играющих важную роль в развитии. Конкретно этот ген включается в глоточных карманах зародыша, из которых потом формируется тимус и ряд других органов. Дополнительные исследования остальных пациентов подтвердили, что и у них есть мутация в этом гене.
Все дети принадлежали к трем родственным группам, у каждой из которых сломался свой участок гена PAX1. В пяти из шести случаев родители детей приходились друг другу родственниками и несли в своем геноме одну и ту же рецессивную мутацию, которая перешла у ребенка в гомозиготное состояние.
Чтобы понять как мутации в гене PAX1 связаны с тяжелым комбинированным иммунодефицитом исследователи сымитировали развитие больных и здоровых клеток тимуса in vitro. Взяв у пациентов клетки, они перепрограммировали их в стволовые, а затем при помощи коктейлей из факторов роста заставили дифференцироваться в эпителиальные клетки тимуса. Оказалось, что активность ряда генов здоровых и мутантных клеток эпителия сильно отличается. Среди них оказались ген FOXN1 и его мишень DLL4 — при отключении которого Т-клетки теряли способность дифференцироваться.
Таким образом мутация в гене PAX1 повлекла за собой некорректное развитие клеток эпителия тимуса, изменения в активности их генов, и итоге эпителий тимуса не смог курировать развитие Т-лимфоцитов. Для пациентов с такими мутациями авторы предлагают альтернативный способ лечения — пересадку тимуса, после которой здоровые клетки эпителия смогут воспитывать Т-лимфоциты как надо.
В созревании Т-лимфоцитов участвует не только эпителий, но разные сорта иммунных клеток. Недавно исследователи составили атлас клеток тимуса и проследили за их активностью на протяжении жизни. Всего они обнаружили порядка сорока популяций клеток, отличающихся между собой активностью генов.
Вера Мухина
Эффективнее всего себя показала композиция «We Will Rock You»
Швейцарские ученые внедрили механочувствительные рецепторы в клетки, способные высвобождать инсулин, и они стали реагировать на звуковые волны: ионные каналы впускали положительно заряженные ионы кальция, что заставляло содержащийся в них инсулин сливаться с мембраной и высвобождаться наружу. Эффективнее всего этот процесс происходил под песню «We Will Rock You» группы Queen: у мышей, которым вживили эти клетки, после прослушивания песни заметно снизился уровень глюкозы в крови. Эксперимент описан в журнале The Lancet Diabetes & Endocrinology. Слуховые косточки преобразуют акустические волны звука в механические колебания, которые активируют механочувствительные ионные каналы в волосковых клетках. Вход ионов в клетку приводит к деполяризации мембраны и созданию потенциала действия. Подобные механочувствительные ионные каналы распространены повсеместно у всех организмов, в том числе бактерий, что может быть использовано для генной терапии различных заболеваний: встраивание подобных рецепторов и их активация могли бы менять потенциал действия клетки и, как следствие, ее активность или даже функцию. Однако системная доставка низкомолекулярных триггерных соединений затруднена из-за их иммуногенных эффектов, а физические триггеры, такие как свет, ультразвук, магнитные поля, радиоволны, электричество и температура, не всегда удобны в практическом применении. Ученые из Швейцарской высшей технической школы Цюриха под руководством Мартина Фуссенеггера (Martin Fussenegger) создали стабильные трансгенные клональные линии клеток, способные высвобождать инсулин, которые конститутивно экспрессируют механочувствительные рецепторы Piezo1 млекопитающих или бактериальные механочувствительные рецепторы MscL. Уровень звука в 60 децибел при частоте 50 Герц, который находится в пределах безопасного диапазона для человеческого уха, эффективно активировал эти рецепторы, что приводило к индукции высвобождения инсулина. Визуализация MscL-положительных и MscL-отрицательных клеток показала значительно более высокие уровни внутриклеточного кальция в первой популяции клеток, что означает массовый вход кальция в клетку при активации механорецепторов. Затем ученые проверили влияние различных жанров музыкальных произведений на высвобождение инсулина. Выяснилось, что популярная музыка с низкими басами и саундтреки к фильмам вызывали максимальное выделение инсулина, в то время как реакция на классическую музыку и гитарную музыку была более разнообразной и зависела от композиции. Песня «We Will Rock You» группы Queen высвобождала почти 70 процентов инсулина в течение пяти минут. В эксперименте на мышах с диабетом и трансгенными клетками эта песня приводила к выработке достаточного количества инсулина, чтобы быстро снизить колебания гликемии во время тестов на толерантность к глюкозе. На втором месте по эффективности оказался саундтрек к фильму «Мстители». Клетки активировались только в том случае, если звуковые волны непосредственно воздействовали на кожу над местом имплантации не менее 15 минут Речь, наушники, низколетящие самолеты, газонокосилки, пожарные машины и гудки не приводили к нежелательной секреции инсулина при восприятии с разных расстояний и направлений. Таким образом, эти клетки защищены от незапланированного выброса инсулина. Ученые считают, что эту разработку можно рассматривать как потенциально реальную замену уколам инсулина для людей с диабетом. Ранее мы рассказывали, что введение инсулина в нос помогло людям с деменцией улучшить их когнитивную функцию.