Ученые впервые показали, как незрелые иммунные клетки мыши, называемые Т-лимфоцитами, выбирают, какие навыки они будут развивать для борьбы с малярией. Как сообщается сегодня в Science Immunology, исследователи из Wellcome Trust Sanger Institute, Европейского института биоинформатики и QIMR Berghofer Medical Research Institute, Австралия, отслеживали отдельные Т-клетки во время заражения малярийными паразитами. Они обнаружили целую сеть химических взаимодействий между различными типами клеток, которые повлияли на специализацию Т-клеток.
Используя новейшую технологию одноклеточной геномики и компьютерное моделирование, исследование также обнаружило гены в Т-клетках, которые могут участвовать в контроле выработки антител во время малярийной инфекции. Один из них, галектин 1, стимулировал развитие определенного типа Т-лимфоцитов в активном состоянии. Эти гены являются возможными мишенями для лекарств для повышения иммунитета к малярии и другим инфекциям.
Иммунная система чрезвычайно сложна и реагирует на болезни путем развития определенных типов иммунных клеток. Два разных типа Т-лимфоцитов – Т-хелпер1 (Th1) и Т-фолликулярный хелпер (Tfh) – развиваются и помогают бороться с инфекцией. Исследователи обнаружили, что больше клеток Th1 производилось, когда был активен ген под названием галектин 1. Эти клетки Th1 помогают удалить паразитов из кровотока и необходимы на ранней стадии инфекции, однако для долгосрочного иммунитета необходимо больше клеток Tfh.
Доктор Ашрафул Хак, ведущий автор из Медицинского исследовательского института QIMR Бергхофер, Брисбен, Австралия, сказал: "Это первый случай, когда галектин 1, действующий внутри Т-клеток, может влиять на судьбу Th1 и показал, что галектин 1 является возможной терапевтической мишенью для лечения малярии. Следующим важным шагом будет тестирование многих новых генов-мишеней, выявленных в ходе наших исследований, чтобы увидеть, могут ли они быть нацелены на лекарства для повышения иммунитета к малярии."
Точные молекулы, которые побуждают Т-клетки развиваться в ту или иную форму, плохо изучены. Исследователи использовали секвенирование одноклеточной РНК, чтобы сделать «снимки» активных генов, продуцируемых каждой отдельной Т-клеткой после того, как мышь заразилась малярией. С помощью этих снимков данных исследователи определили все различные стадии между незрелыми Т-клетками и полностью специализированными клетками Th1 или Tfh.
Доктор Сара Тайхманн, руководитель отдела клеточной генетики в Институте Сэнгера и ведущий автор статьи, сказала: "Это первая временная диаграмма с высоким разрешением клеток, использующих патоген у мышей, где мы использовали передовую геномику в сочетании с вычислительными методами, чтобы реконструировать, как клетки эволюционируют и развиваются в условиях инфекции. С помощью методов машинного обучения мы упростили действительно сложные биологические процессы до того, что мы можем понять. Этот подход может быть применен для разрешения любого биологического процесса развития."
Команда также разработала новую систему компьютерного моделирования под названием GPfates, которая позволила им увидеть, как все клетки связаны друг с другом. При этом используются методы пространственно-временной статистики, чтобы показать, какие гены были включены в каждом из двух различных состояний клетки (Th1 и Tfh).
Д-р Оливер Стегле, со-ведущий автор из Европейского института биоинформатики, сказал: "Используя геномику, мы обнаружили межклеточный диалог, который происходит между иммунными клетками, такими как моноциты и клетки Th1. Раньше этого не наблюдалось, и наши данные позволили нам раскрыть десятки или сотни новых генов, которые могут участвовать в контроле выработки антител. Активность этих генов может помочь организму, например, в излечении от инфекции, или может препятствовать развитию раковых клеток. Принципы и вычислительные методы, которые мы здесь разработали, могут быть применены в будущих исследованиях для изучения этих вопросов."