Talking ScienceΧρησιμοποιώντας μεθόδους μηχανικής μάθησης, ερευνητές στο ETH Zurich έδειξαν ότι περισσότερα από τα μισά από όλα τα φονικά Τ κύτταρα εμφανίζουν πυρηνικές εισβολές ή πτυχώσεις στο πυρηνικό περίβλημα του κυττάρου. Χάρη σε αυτή τη συγκεκριμένη κυτταρική αρχιτεκτονική, τέτοια κύτταρα είναι σε θέση να ανταποκρίνονται ταχύτερα και ισχυρότερα στα παθογόνα.
Εν συντομία
- Τα κυτταροτοξικά Τ κύτταρα αποτελούν σημαντικό συστατικό του ανοσοποιητικού συστήματος. Μόλις ενεργοποιηθούν, διαφοροποιούνται είτε σε βραχύβια τελεστικά κύτταρα είτε σε κύτταρα μακράς διάρκειας μνήμης.
- Μελέτες από ερευνητές στο ETH Zurich έχουν βρει ότι η κυτταρική αρχιτεκτονική των Τ κυττάρων επηρεάζει ποιες από αυτές τις δύο λειτουργίες υιοθετούν τα κύτταρα όταν υφίστανται ενεργοποίηση που προκαλείται από παθογόνο.
- Εκτός από τη βελτίωση της κατανόησής μας για το ανοσοποιητικό σύστημα, αυτά τα ευρήματα θα μπορούσαν επίσης να οδηγήσουν σε καλύτερες θεραπείες για τον καρκίνο.
Από έξω, τα περισσότερα Τ κύτταρα φαίνονται ίδια: μικρά και σφαιρικά. Τώρα, μια ομάδα ερευνητών με επικεφαλής τον Berend Snijder από το Ινστιτούτο Μοριακής Βιολογίας Συστημάτων στο ETH Ζυρίχης, κοίταξε πιο προσεκτικά μέσα σε αυτά τα κύτταρα χρησιμοποιώντας προηγμένες τεχνικές. Τα ευρήματά τους δείχνουν ότι η υποκυτταρική χωρική οργάνωση των κυτταροτοξικών Τ κυττάρων – τα οποία ο Snijder αναφέρει ως την κυτταρική τους αρχιτεκτονική – έχει μεγάλη επιρροή στη μοίρα τους.
Χαρακτηριστικά που καθορίζουν τη μοίρα ενός κυττάρου
Όταν τα κύτταρα με πυρηνικές εισβολές συναντούν ένα παθογόνο, μετατρέπονται σε ισχυρά τελεστικά κύτταρα που πολλαπλασιάζονται γρήγορα και σκοτώνουν το παθογόνο. Τα συγγενή τους κύτταρα με σφαιρικό πυρήνα –δηλαδή χωρίς πυρηνικές εισβολές– εξελίσσονται με πιο χαλαρό ρυθμό: χρειάζονται περισσότερο χρόνο για να ενεργοποιηθούν και τελικά να διαφοροποιηθούν σε μακρόβια κύτταρα μνήμης που προστατεύουν τον οργανισμό από μελλοντικές επιθέσεις από το ίδιο παθογόνο.
Οι επιστήμονες αναγνώρισαν αυτούς τους δύο λειτουργικά διακριτούς πληθυσμούς Τ κυττάρων πριν από περίπου 50 χρόνια. «Αλλά μέχρι τώρα δεν ήμασταν σίγουροι ποια χαρακτηριστικά καθόριζαν εάν ένα Τ κύτταρο θα γινόταν κύτταρο τελεστή ή κύτταρο μνήμης», λέει ο Ben Hale, μεταδιδακτορικός στην ερευνητική ομάδα του Snijder και επικεφαλής συγγραφέας του άρθρου που δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο Science.
Για να βοηθήσουν στον εντοπισμό αυτών των χαρακτηριστικών, οι ερευνητές ανέπτυξαν μια πλατφόρμα που αναλύει αυτόματα εικόνες μικροσκοπίας των κυττάρων του ανοσοποιητικού. Στη συνέχεια παρουσίασαν αυτήν την πλατφόρμα με χιλιάδες Τ κύτταρα από 24 υγιείς εθελοντές που πρόσφεραν το αίμα τους στην Υπηρεσία Αιμοδοσίας της Ζυρίχης του Ελβετικού Ερυθρού Σταυρού.
Απροσδόκητες διαφορές
Χρησιμοποιώντας μια προσέγγιση μηχανικής μάθησης, η πλατφόρμα ταξινόμησε τα κύτταρα σε τρεις διαφορετικές ομάδες. «Είχαμε ήδη δει πώς ορισμένα Τ κύτταρα εμφανίζονται σε σχήμα φιάλης όταν ενεργοποιούνται», λέει ο Snijder. «Αλλά δεν περιμέναμε η πλατφόρμα να χωρίσει τα στρογγυλά κελιά σε δύο διαφορετικές ομάδες».
Σε περαιτέρω έρευνα, οι ερευνητές ανακάλυψαν επίσης ότι οι διαφορές στην κυτταρική αρχιτεκτονική μεταξύ των δύο κατηγοριών στρογγυλών κυττάρων έχουν επίσης λειτουργική σημασία. «Τα κύτταρα με πυρηνικές εισβολές έχουν σχεδιαστεί για να ενεργοποιούνται γρήγορα: πολλά από αυτά μετατρέπονται σε τελεστικά κύτταρα σε σχήμα μπουκαλιού μέσα σε 24 ώρες», λέει ο Hale.
“Έχουν επίσης μια ισχυρότερη απόκριση όταν ενεργοποιούνται – και πολλαπλασιάζονται πολύ πιο γρήγορα από τα κύτταρα χωρίς πυρηνικές εισβολές”, προσθέτει ο Snijder. Ο ίδιος και η ομάδα του εντόπισαν επίσης τον μοριακό μηχανισμό που οδηγεί στην ταχύτερη και ισχυρότερη ενεργοποίηση των κυττάρων με πυρηνικές εισβολές: «Η ειδική κυτταρική αρχιτεκτονική τους επιτρέπει μια αυξημένη εισροή ιόντων ασβεστίου», λέει ο Snijder.
Και οι δύο ερευνητές τονίζουν ότι υπάρχουν ακόμη πολλά ερωτήματα που πρέπει να απαντηθούν. Για παράδειγμα, ο Snijder και η ομάδα του ελπίζουν τώρα να ανακαλύψουν πώς ο οργανισμός διασφαλίζει σταθερά ότι περίπου το 60 τοις εκατό των κυτταροτοξικών Τ κυττάρων στο αίμα έχουν πυρηνικές εισβολές, ενώ το 35 τοις εκατό δεν έχουν εισβολές και το υπόλοιπο 5 τοις εκατό έχουν σχήμα μπουκαλιού.
Κάνοντας τις θεραπείες πιο κλινικά αποτελεσματικές
Οι Snijder και Hale σημειώνουν ότι τα αποτελέσματά τους δεν είναι μόνο «σημαντικά για την καλύτερη κατανόηση του τρόπου με τον οποίο λειτουργούν τα κύτταρα του ανοσοποιητικού μας», αλλά παίζουν επίσης κρίσιμο ρόλο στην καταπολέμηση του καρκίνου, για παράδειγμα: «Πολλές νέες θεραπείες χρησιμοποιούν Τ κύτταρα για να σκοτώσουν τον καρκίνο κύτταρα», λέει ο Snijder. «Εάν μπορούμε να βρούμε έναν τρόπο να επιλέξουμε και να αναπτύξουμε συγκεκριμένα αυτές τις κυτταρικές αρχιτεκτονικές, ίσως μπορέσουμε να βελτιώσουμε την κλινική αποτελεσματικότητα τέτοιων θεραπειών».
Aναδημοσίευση άρθρου του Ori Schipper 06.06.2024 στο ETH Zurich News. Link to original article >
Πηγή: Hale BD, Severin Y, Graebnitz F, Stark D, Guignard D, Mena J, Festl Y, Lee S, Hanimann J, Meier M, Goslings D, Lamprecht O, Frey BM, Oxenius A, Snijder B: Cellular architecture shapes the naïve T cell response. Science, 6 June 2024. doi: 10.1126/science.adh8967
