Иммунная система в действии: как перфорин уничтожает больные клетки

Ученые из UCL, Birkbeck, Университета Лондона, Центра рака Питера Маккаллума и Университета Монаша (Австралия) впервые визуализировали в микроскопических деталях, как естественные защитные силы иммунной системы атакуют и уничтожают вредоносные клетки, такие как зараженные вирусами или раковые.

Исследование, опубликованное в Nature Nanotechnology, углубляет понимание критической роли белка перфорина в работе иммунной системы. Это приближает нас к новым методам терапии, которые смогут усиливать или подавлять его действие по необходимости.

Профессор Барт Хугенбум (UCL) и профессор Хелен Сейбил (Birkbeck) использовали атомно-силовую микроскопию и электронную микроскопию, чтобы показать, как подтип белых кровяных телец — цитотоксические лимфоциты (Т-киллеры) — с высокой эффективностью сначала перфорируют клетки-мишени, а затем вводят в них токсичные ферменты.

С помощью своего рода «микроскопического видеонаблюдения» было показано, как перфорин связывается с защитной мембраной вредоносных клеток.

Профессор Хугенбум: «Нашей иммунной системе нужно сверлить отверстия в зараженных вирусом и раковых клетках, чтобы избавиться от них, но она не может купить такие сверла в магазине. Мы показали, как она собирает эти "сверла" на месте, объединяя несколько молекул перфорина в кольцеобразные структуры, оставляющие крошечные отверстия — всего десятки нанометров в диаметре».

Профессор Илья Воскобойник (соавтор, Центр рака Питера Маккаллума): «Перфорин должен быть быстрым и эффективным. Наши эксперименты в Мельбурне показывают, что пациенты, рожденные с нарушенной функцией перфорина, могут столкнуться с фатальным сбоем иммунной системы и имеют более высокий риск развития рака крови. Это полностью согласуется с микроскопическими данными из Лондона, которые показывают, что эффективность перфорина сильно снижается, даже если аномальна лишь небольшая часть его молекул».

Это новое понимание приближает нас к целенаправленной терапии, которая сможет усиливать выработку перфорина для борьбы с болезнями или подавлять его функцию для предотвращения отторжения трансплантатов.

Как снимали процесс: В лаборатории профессора Хугенбума использовали атомно-силовую микроскопию. Сверхтонкая игла «ощупывала» перфорин на целевой мембране, подобно чтению шрифта Брайля, создавая быстро обновляемые изображения, которые позволили отследить, как молекулы перфорина объединяются и прорезают отверстия в мембране.

Изначально перфорин на изображениях был размытым. Однако как только несколько молекул встраивались в мембрану, их можно было четко идентифицировать и увидеть, как они рекрутируют новые молекулы для роста пор.

С помощью электронной микроскопии команда профессора Сейбил получила статические снимки высокого разрешения. Это позволило оценить количество молекул в каждой сборке перфорина на разных этапах процесса и подтвердить переход от небольших, свободно упакованных сборок на мембране к более крупным и плотно связанным трансмембранным порам.