Эти Т-клетки используют сложный процесс для распознавания чужеродных патогенов и больных клеток. В статье, опубликованной на этой неделе в журнале Cell, исследователи добавляют новый уровень понимания этого процесса, описывая, как Т-клеточные рецепторы (TCR) используют механический контакт — силы, участвующие в их связывании с антигенами — для создания решения о том, являются ли клетки, с которыми они сталкиваются, угрозой.«Это первое систематическое исследование того, как на распознавание Т-клеток влияет механическая сила, и оно показывает, что силы играют важную роль в функциях Т-лимфоцитов», — сказал Ченг Чжу, профессор Регентского университета Уоллеса Х. Колтер, факультет биомедицинской инженерии Технологического института Джорджии и Университета Эмори. «Мы думаем, что механическая сила играет роль почти на каждом этапе биологии Т-клеток».Исследователи, которых поддерживал Национальный институт здоровья, сделали свои открытия, используя крошечный датчик, основанный на единственном эритроците, и новый метод обнаружения ионов кальция, испускаемых Т-клетками как часть процесса передачи сигналов.
Они независимо изучили связывание антигенов с более чем сотней отдельных Т-клеток, измеряя силы, участвующие в связывании, и время жизни связей. Затем эта информация была сопоставлена с кальциевой сигнализацией, которую они наблюдали.
Среди полученных результатов исследователи выяснили, что взаимодействия между TCR и комплексами агонистического пептида с основными комплексами гистосовместимости (MHC) образуют улавливающие связи, которые становятся сильнее с приложением дополнительной силы для инициирования внутриклеточной передачи сигналов. Менее активные комплексы MHC образуют скользящие связи, которые с силой ослабевают и не инициируют передачу сигналов.
В целом, они обнаружили, что сигнальный результат взаимодействия между антигеном и TCR зависит от величины, продолжительности, частоты и времени приложения силы.«Сила добавляет еще одно измерение к взаимодействию с Т-клетками», — объяснил Чжу. «Антигены, у которых время жизни связи, продлеваемое силой, будет иметь более высокую вероятность срабатывания сигнализации. Повторяющиеся взаимодействия и накопления на протяжении всей жизни играют роль, и решение о подаче сигнала обычно принимается на основе совокупности действий, а не единственного действия. "Он сравнил силовой компонент активации Т-клеток с несколькими шагами, необходимыми для входа в офис человека внутри охраняемого здания.
Для входа в здание сначала может потребоваться ключ-карта и личный идентификационный номер, а для входа в конкретный офис может потребоваться обычный ключ. По словам Чжу, требование как распознавания антигена, так и определенного уровня механической силы может помочь Т-клеткам избежать активации, когда этого не следует делать.
Чжу сравнил накопление связей с ударами, которые боксер выдерживает во время боя. Редкий очень сильный одиночный удар или серия более слабых ударов за короткий период времени могут привести к нокауту.
Но серия легких ударов в течение длительного времени может не иметь никакого эффекта, сказал Чжу.У исследователей уже есть другие примеры того, как механическая сила может влиять на работу клеточных систем.
Например, механическое напряжение, создаваемое током крови, воздействующим на эндотелиальные клетки, выстилающие стенки кровеносных сосудов, играет роль в развитии атеросклероза. Сила также необходима для правильного роста и заживления костей.
По словам Чжу, то, что механические силы также играют роль в иммунной системе, неудивительно.«Теперь у нас есть более широкое признание того, что физическая среда и механическая среда регулируют многие биологические явления в организме», — сказал он. «Когда вы прикладываете силу к связям TCR, некоторые из них диссоциируют быстрее, а другие отрываются медленнее. Это влияет на реакцию Т-клеточного рецептора».
В своих экспериментах Чжу и соавторы Баою Лю, Вэй Чен и Брайан Эвавольд использовали биомембранный силовой зонд для измерения прочности и долговечности связей между Т-клетками и антигенами. Зонд частично состоит из эритроцита, отсасываемого микропипеткой. К эритроциту прикреплена бусинка, на которую исследователи помещают исследуемый антиген.
Затем с помощью тонкого механизма, который точно контролирует движение, шарик приводится в контакт с рецептором Т-клеток, позволяя связываться.Чтобы проверить прочность связи, образованной между антигеном и TCR, исследователи применяют силы пиконьютона, чтобы отделить гранулу, удерживающую антиген, от TCR. Эритроцит действует как пружина, растягивая и позволяя измерить силы, которые необходимо приложить для разделения TCR и антигена. Метод, который требует управления движением в нанометровом масштабе, позволяет измерять связывание между антигеном и одиночным TCR.
Чтобы оценить влияние связывания на внутриклеточную передачу сигналов, исследователи вводят в клетки краситель, который флуоресцирует при воздействии ионов кальция. Обнаружение флуоресценции позволило исследователям узнать, когда механическая сила запускает передачу сигналов Т-клетками.
«Мы можем напрямую смотреть на кинетику и передачу сигналов одновременно», — объяснил Лю, научный сотрудник из отдела Коултера и соавтор статьи. «Мы можем наблюдать передачу сигналов, непосредственно индуцированную взаимодействиями TCR».В качестве следующего шага команда Чжу хотела бы изучить влияние силы на развитие Т-клеток, используя новые экспериментальные методы.
Имеющиеся данные свидетельствуют о том, что силы, которым подвергаются клетки, пока они находятся в ювенильной стадии, могут повлиять на судьбу их развития.