Ученые создали атлас специализированных защитных клеток в организме человека

Вычислительные биологи из Университета Дрекселя помогли создать первый "анатомический атлас" клоновых линий B-клеток, их свойств и тканевых связей.

Исследователи выявили, что популяция B-клеток — высокоспециализированных иммунных клеток, вырабатывающих антитела для защиты от болезней — разделена в организме на две широкие сети. Одна охватывает кровь, костный мозг, селезенку и легкие, а другая находится в желудочно-кишечном тракте. Этот атлас тканевого распределения B-клеток, опубликованный в Nature Biotechnology, станет важным ресурсом для исследователей и клиницистов, изучающих инфекционные заболевания, рак, микробиом и реакции на вакцины.

"Мы показали, что география человеческого тела важна для работы иммунной системы: B-клетки функционируют по-разному в зависимости от их местоположения", — заявил Хершберг.

Чтобы выяснить, как клоны B-клеток распределены в организме, исследователи секвенировали 933 427 линий и нанесли их на карту восьми различных анатомических отделов у шести доноров органов.

Основной проблемой было доказать, что если B-клетки не были обнаружены в определенной области тела, то их там действительно нет — подобно тому, как эколог должен доказать вымирание вида животных, пояснил соавтор исследования Ури Хершберг.

"Клоны B-клеток чрезвычайно разнообразны. У нас есть более 100 миллиардов различных типов B-клеток в любой момент времени. Поэтому даже при секвенировании 1 миллиона B-клеток мы точно не отобрали все", — сказал Хершберг. "Вот почему наша группа использовала статистические инструменты из экологических исследований, чтобы оценить, сколько типов клонов отсутствует в нашем исследовании. Рассматривая крупные опытные клоны B-клеток, мы отобрали достаточно образцов, чтобы с высокой уверенностью доказать, что они разделены между кровью и кишечником".

B-клетки — ключевые игроки в защитном иммунитете организма. Когда в тело проникает патоген, реагируют только специфические B-клетки, распознающие захватчика. Эти специализированные клетки быстро размножаются, создавая "пехоту" из идентичных сестринских клеток определенного клонотипа для борьбы с инфекцией. Особые типы B-клеток "запоминают" захватчика, обеспечивая иммунитет при повторной атаке.

Понимание тканевого распределения и перемещения этих клеток одного клона крайне важно, поскольку эти процессы влияют на контроль инфекций по всему телу. Исследования на животных показали, что тканевая локализация B-клеток и плазматических клеток важна для защитного иммунитета и гомеостаза бактериальной микрофлоры. Однако, в отличие от лабораторных мышей, люди живут десятилетиями в разнообразных средах и подвергаются воздействию множества различных патогенов.

Для понимания распределения клонов B-клеток в человеческом организме ученым потребовались как донорские органы человека, так и новые инструменты анализа и визуализации данных, разработанные лабораторией Хершберга в Дрекселе.

Соавтор Донна Фарбер из Колумбийского университета руководила программой по забору тканей доноров органов, ответственной за получение необходимых образцов тканей от шести человек. Исследователи из Медицинской школы Перельмана Пенсильванского университета под руководством Элайн Т. Льюнинг Прак отследили и секвенировали популяции B-клеток в восьми тканях этих людей. В одном случае они собрали и секвенировали B-клетки из 257 различных образцов, что дало более 23 миллионов различных последовательностей.

В Дрекселе Хершберг и его команда биомедицинских инженеров сгенерировали и организовали последовательности в комплексные наборы данных, создав диаграммы, показывающие разнообразие, сходство и сети крупных клонов. Затем они построили систему баз данных, которую теперь могут использовать другие ученые для стандартизации анализа подобных данных в будущих исследованиях.

Полученные данные могут помочь идентифицировать тканеспецифические маркеры для B-клеток, заявил Хершберг.

"Наши результаты позволяют предположить, что в кишечнике существуют определенные типы B-клеток, которых нет в крови. Это важно, потому что болезни, как правило, возникают на границах тела — в легких, кишечнике, горле. Однако эти органы сложнее исследовать, чем кровь", — добавил он. "Если мы сможем определить, что 'особенного' в клонах B-клеток в кишечнике, то сможем искать те же маркеры в крови".