Раскрыты секреты формирования тимуса
Тимус — ключевой орган иммунной системы. В нём созревают Т-клетки: как клетки-киллеры они уничтожают заражённые вирусом или злокачественные клетки, а как Т-хелперы помогают в образовании антител. За последние десятилетия исследовательская группа Томаса Бёма в Институте иммунобиологии и эпигенетики Макса Планка определила генетические переключатели, необходимые для созревания Т-клеток в тимусе.
Важный компонент этого процесса — эпителиальные клетки тимуса. Они привлекают клетки-предшественники Т-клеток и направляют их созревание в функциональные Т-клетки. Ранее было показано, что два основных типа эпителия тимуса происходят из бипотентных клеток-предшественников. Однако было неясно, сколько типов предшественников существует и на сколько подтипов они дифференцируются.
Анализ молекулярного генеалогического древа идентифицирует клетки-предшественники
В сотрудничестве с лабораторией Доминика Грюна, специалиста по одноклеточному RNA-анализу, исследователям удалось описать неожиданное разнообразие эпителиальных клеток тимуса на транскрипционном уровне. Алгоритмы, разработанные в лаборатории Грюна, позволили выявить потенциальные клетки-предшественники.
На втором этапе предсказания экспериментально проверили с помощью системы «штрихкодирования», разработанной в лаборатории Томаса Бёма с использованием редактирования генов CRISPR. Этот метод позволяет присвоить клеткам-предшественникам молекулярную подпись, которая затем передаётся всем их потомкам. Так исследователи выстроили генеалогическое древо эпителиальных клеток.
После долгой разработки методов Анже Нуссер из лаборатории Бёма и Сагар из лаборатории Грюна совместно создали метод, объединяющий информацию из филогенетического древа с молекулярными характеристиками отдельных клеток. Впервые стало возможным изучить развитие эпителия тимуса в разном возрасте с высокой молекулярной детализацией.
Последовательная активность клеток-предшественников определяет состав тимуса
В анализе были идентифицированы две популяции бипотентных клеток-предшественников эпителия тимуса:
- «Ранняя» популяция играет главную роль в формировании тимуса во время эмбрионального развития.
- «Постнатальная» популяция определяет дальнейшее формирование тимуса во взрослом организме.
Временной порядок активности этих популяций модулирует состав эпителия тимуса:
- На ранних стадиях в основном образуются кортикальные эпителиальные клетки тимуса, которые в первую очередь способствуют производству Т-клеток.
- На более поздних стадиях основной продукт — медуллярные эпителиальные клетки тимуса. Они обеспечивают, чтобы самореактивные Т-клетки не выходили из тимуса в организм, и вносят значительный вклад в защиту от аутоиммунитета.
Новые терапевтические подходы для усиления функции тимуса
Сочетание трансгенных моделей животных из лаборатории Бёма с современными методами одноклеточного профилирования группы Грюна позволило изучить эффект увеличения пролиферации эпителиальных клеток тимуса. Было важно определить, приводит ли ранняя стимуляция тимуса специальным фактором роста к нежелательно быстрому истощению стволовых клеток и преждевременному уменьшению органа. Однако полученные данные свидетельствуют, что это не так.
«Стимулированный тимус старой мыши всё ещё больше, чем нестимулированный тимус молодой мыши. Более того, тонкая тканевая структура стимулированного тимуса показывает типичное строение с кортикальными зонами и медуллярными областями внутри органа», — говорит директор Института Макса Планка Томас Бём.
Эти результаты закладывают основу для разработки новых терапевтических подходов для коррекции возрастного уменьшения тимуса и лечения Т-клеточно-зависимых аутоиммунных заболеваний.
Исследование опубликовано в журнале Nature.