Рой против инфекций
«Нейтрофилы очень эффективны в охоте и уничтожении бактерий», – говорит Тим Ламмерманн. Руководитель группы Института иммунобиологии и эпигенетики во Фрайбурге изучает этот важный тип клеток. Нейтрофилы – это очень распространенные клетки, которые составляют около 50-70% лейкоцитов в организме человека. Подсчитано, что 100 миллиардов нейтрофилов вырабатываются из стволовых клеток в костном мозге взрослого человека каждый день. «Эти клетки патрулируют почти все уголки нашего тела, и они очень эффективно обнаруживают что-либо потенциально вредное в нашем теле.
Как только отдельные нейтрофилы обнаруживают поврежденные клетки или вторжение микробов в ткань, они начинают секретировать привлекательные сигналы, которые действуют через рецепторы клеточной поверхности на соседние нейтрофилы, чтобы привлечь все больше и больше клеток."Используя эту межклеточную коммуникацию, нейтрофилы могут действовать вместе как клеточный коллектив и эффективно координировать свою очистку от патогенов в виде роя.
Тонкая грань между защитой хозяина и разрушением тканей
Однако эта форма полезного воспаления также может выходить за рамки допустимого и приводить к массивному повреждению тканей. Если интенсивность или продолжительность реакции не регулируется, те же механизмы, которые служат для устранения вторжения патогенов, также могут вызвать побочный ущерб здоровым тканям.
Например, вещества, которые нейтрофилы выделяют для уничтожения вторгающихся патогенов, также разрушают сеть белков и сахаров, которая обеспечивает структурную поддержку тканей. «В этом исследовании мы начали с вопроса, что останавливает реакцию роения, чтобы избежать неконтролируемого накопления нейтрофилов и предотвратить чрезмерное воспаление, которое может способствовать дегенеративным заболеваниям, таким как рак, диабет и аутоиммунные заболевания», – говорит Тим Ламмерманн. В предыдущих исследованиях он и его команда уже обнаружили молекулярные механизмы, запускающие коллективное роение.
Однако процессы, которые положат конец этой реакции, остались неизвестными.
Рой нейтрофилов по-прежнему является относительно новой темой в областях исследований воспалений и инфекций, и лежащие в их основе механизмы только начинают изучаться. Новейшее исследование лаборатории Тима Ламмермана теперь показывает, как нейтрофилы самостоятельно ограничивают свою активность роения в инфицированных бактериями тканях и, таким образом, уравновешивают фазы поиска и уничтожения для эффективного устранения патогенов.
Используя специализированную микроскопию для визуализации динамики иммунных клеток в тканях живых мышей в реальном времени, исследователи демонстрируют, что роящиеся нейтрофилы становятся нечувствительными к своим собственным секретируемым сигналам, которые в первую очередь инициировали рой. «Мы определили молекулярный разрыв в нейтрофилах, который останавливает их движение, как только они обнаруживают высокие концентрации накапливающихся аттрактантов роя в больших кластерах нейтрофилов», – говорит Тим Ламмерманн. «Это было удивительно, поскольку преобладающее мнение предполагало, что внешние сигналы, испускаемые тканевой средой, имеют решающее значение для остановки активности нейтрофилов в фазе разрешения воспаления», – комментирует Вольфганг Кастенмюллер, научный сотрудник исследовательской группы системной иммунологии Макса Планка при Университете им. Вюрцбург.
Внутренняя система старт-стоп для оптимального удаления бактерий
В свете обнаруженной системы старт-стоп в нейтрофилах исследователи пересмотрели текущие взгляды на то, как нейтрофилы перемещаются в тканях, чтобы эффективно уничтожать бактерии.
В экспериментах с нейтрофилами, не имеющими механизма остановки, команда наблюдала, как иммунные клетки чрезмерно роятся и сканируют большие области инфицированной бактериями ткани, что контрастировало поведение клеток с функционирующей системой старт-стоп. Однако это усиленное роение и сканирование не сделали эти клетки лучшими убийцами патогенов. "Поразительно, но мы пришли к противоположному выводу.
Это не приносит пользы, когда нейтрофилы перемещаются слишком быстро и бегают как сумасшедшие. Вместо этого им кажется более выгодным остановиться и вместе насладиться вкусной едой из бактерий – это более эффективно для сдерживания роста бактерий в тканях », – объясняет Тим Ламмерманн.
Получив эти результаты, команда прокладывает путь к лучшему пониманию биологии нейтрофилов, которая имеет важное значение для иммунной защиты хозяина от бактерий и может использоваться в терапевтических подходах в будущем. Более того, роящееся поведение и лежащие в его основе механизмы могут также влиять на другие категории коллективного поведения и самоорганизации в клетках и насекомых.