Молекулярная хронология показывает, как иммунные клетки переключаются в режим атаки
Борьба с патогенами — это сложнейший процесс, который должен происходить быстро и точно. Команда исследователей из CeMM и MedUni Vienna под руководством Кристофа Бока и Маттиаса Фарлика изучила, как макрофаги — иммунные клетки-«первопроходцы» — справляются с этой задачей.
Их исследование, опубликованное в Cell Systems, предлагает анализ молекулярных процессов в разрезе времени, которые разворачиваются, когда эти клетки сталкиваются с различными патогенами. Они разработали новый метод, сочетающий редактирование генов и машинное обучение, который выявил ключевые регуляторы иммунного ответа макрофагов.
Макрофаги (греч. «большие пожиратели») оправдывают своё название: их задача — распознавать вторгающиеся патогены, такие как бактерии или вирусы, поглощать их и расщеплять на биохимические «строительные блоки».
Макрофаги также являются посредниками: они выделяют различные сигналы для привлечения других иммунных клеток, запускают воспаление и представляют переваренные фрагменты патогенов на своей поверхности, направляя адаптивную иммунную систему на формирование долговременного иммунитета.
Макрофаги, столкнувшиеся с патогеном, находятся под огромным давлением. Если они отреагируют слишком поздно или недостаточно решительно, инфекция может стать фатальной. Но чрезмерный иммунный ответ также разрушителен.
За очень короткое время должен быть запущен специфичный иммунный ответ: каскады биохимических реакций, активация тысяч генов и производство арсенала веществ — каждый ответ адаптирован к конкретному патогену.
Выявлена сеть регуляторов
Чтобы понять, как макрофаги координируют это множество задач, команда под руководством Кристофа Бока и Маттиаса Фарлика подвергла макрофаги мыши различным иммунным стимулам, имитирующим бактериальные или вирусные инфекции.
Они отслеживали изменения внутри клеток, измеряя активность генов и доступность ДНК каждые несколько часов, установив молекулярную хронологию того, как шаг за шагом разворачиваются регуляторные программы.
Затем команда идентифицировала регуляторные белки, которые управляют этими программами, используя редактирование генома CRISPR для создания сотен нокаутов генов и single-cell RNA sequencing для характеристики генетически изменённых клеток.
Этот инновационный метод выявил сеть из нескольких десятков регуляторов, которые совместно отвечают за запуск наиболее подходящего иммунного ответа.
Среди выявленных регуляторов много «обычных подозреваемых», таких как сигнальный путь JAK-STAT, но также факторы сплайсинга и регуляторы хроматина, чья роль в иммунной регуляции изучена недостаточно.
«Впечатляет, насколько сложна эта древняя часть нашей иммунной системы, которую мы разделяем с губками, медузами и кораллами», — говорит старший автор Кристоф Бок. «Благодаря достижениям в технологии CRISPR-скрининга мы можем систематически изучать лежащие в основе регуляторные программы».