Тело имеет настоящую армию, которая постоянно на страже, чтобы защитить нас от микроскопических угроз от инфекций до рака. Главной среди этих сил является макрофаг, белая кровяная клетка, которая следит за тканями и поглощает патогены, мусор, мертвые клетки и рак. Макрофаги выполняют деликатную задачу. Крайне важно, чтобы они игнорировали здоровые клетки во время патрулирования, иначе они могут вызвать аутоиммунную реакцию при выполнении своих обязанностей.

Исследователи из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре пытались понять, как эти иммунные клетки выбирают, что и когда есть. Статья, опубликованная в Developmental Cell, описывает, как команда запрограммировала макрофаги реагировать на свет, чтобы исследовать, как встречи с раковыми клетками меняют аппетит макрофагов.

«Мы обнаружили, что если дать макрофагам закуску, они будут более голодными перед следующим приемом пищи», — говорит старший автор Меган Моррисси, доцент кафедры молекулярной, клеточной и онтогенетической биологии.

Результаты представляют новый способ повышения эффективности иммунотерапии рака, которая использует макрофаги для борьбы с болезнью. Он также предлагает более сложный отчет о тренированном иммунитете, своего рода памяти, проявляющейся во врожденной иммунной системе, которую ученые только недавно признали.

Использование света для контроля клеточного аппетита
Контролируя состояние организма, макрофаги ищут клетки и остатки, помеченные антителами IgG других иммунных клеток . Они выполняют функцию сигналов «съешь меня» для макрофагов, которые обнаруживают их с помощью Fc-рецепторов (FcR), встроенных в их клеточную мембрану. Fc-рецепторы подвижны и начинают группироваться после активации IgG. Как только это достигает определенного порога, макрофаг поглощает цель.

Ведущий автор Аннализ Бонд, аспирантка в лаборатории Моррисси, разработала другой способ кластеризации FcR, не требующий IgG. С помощью профессора Калифорнийского университета в Санта-Барбаре Макса Уилсона она разработала синтетический белок , содержащий часть рецептора FcR, слитого с криптохромом 2 (CRY2). Эти белковые кластеры объединяются при активации синим светом , что позволяет Бонд точно контролировать систему и запускать FcR по желанию.

Трюк сработал на ура. Бонд смог использовать свет, чтобы заставить макрофаги потреблять кварцевые шарики, покрытые липидной мембраной, чтобы имитировать раковые клетки. И все это без какого-либо IgG. Теперь они могли дать макрофагам «легкую закуску», чтобы посмотреть, как это повлияет на их привычки в еде в дальнейшем.

Макрофаги Павлова
Бонд стимулировала сконструированные макрофаги светом, затем заставила клетки ждать в течение разных периодов времени. Затем она представила им фиктивные раковые клетки, на этот раз продемонстрировав антитело IgG «съешь меня».

Группа, активируемая светом, съела гораздо больше после имитированного перекуса, чем контрольная группа , у которой отсутствовал активируемый светом FcR. «Я описал это как голодные-голодные бегемоты», — сказал Бонд, — «потому что они просто пожирают все, что там есть». Активация FcR с помощью подпороговых уровней антител IgG на раковых клетках также подготовила макрофаги к следующему приему пищи.

Однако при слишком сильной стимуляции эффект исчезал. «Если макрофаги получали так много IgG, что они действительно ели, то это была не закуска», — объяснил Моррисси. «Это было больше похоже на еду. Поэтому они больше не были голодны».

Авторы не уверены, почему макрофаги ведут себя таким образом, но у них есть гипотеза. Поскольку макрофаг разведывает здоровую ткань, его главным приоритетом является избежание запуска аутоиммунитета. Поэтому макрофаг устанавливает довольно высокий порог активации. Теперь рассмотрим макрофаг, который начинает сталкиваться с антителами IgG.

«Как только вы видите намек на то, что что-то не так, вашим главным приоритетом становится устранение инфекции, и вы готовы немного повредить ткани, если это необходимо», — сказал Моррисси.

Что происходит?
Аппетит макрофагов достиг пика примерно через час после первоначального триггера, затем упал и снова поднялся на длительный период после четырех часов. Бонду было интересно, какие механизмы лежат в основе этой модели. «Один час — это слишком быстро для клетки, чтобы вырабатывать новые белки», — сказал Моррисси, так что должно происходить что-то еще.

Действительно, макрофаги сохранили свою краткосрочную подготовку, когда Бонд блокировал синтез белка, что говорит о том, что что-то другое контролировало эту реакцию. Однако отключение синтеза белка устранило долгосрочный повышенный аппетит клеток, что указывает на то, что это поведение зависит от изменений в экспрессии генов и синтезе белка .

При дальнейшем тестировании Бонд обнаружил, что подпороговая активация FcR вызывает изменения в том, как рецепторы перемещаются по клеточной мембране. Это увеличивает подвижность рецепторов, позволяя им легче агрегироваться при воздействии IgG в течение примерно часа. В то же время клетка начинает повышать регуляцию различных генов и производить новые белки, что объясняет долгосрочные эффекты.

«Этот краткосрочный механизм действительно интересен, потому что это совершенно другой тип иммунной памяти, нежели тот, что наблюдался ранее», — сказал Моррисси.

Голодные макрофаги поедают больше раковых клеток
Макрофаги считают антитела типа IgG неотразимыми; они съедят практически все, что ими помечено, даже стеклянные бусины, которые Бонд использовала в своих экспериментах. В результате моноклональные антитела стали популярным средством лечения различных заболеваний. Фактически, антитела в настоящее время используются во многих различных методах лечения рака. Бонд смогла повысить эффективность распространенного антитела (ритуксимаба), которое используется для лечения лимфомы.

Результаты Бонда и Моррисси показывают, что многократная терапия малыми дозами антител будет более эффективной, чем одна большая доза, поскольку предыдущие дозы могут подготовить клетки к следующему лечению. Действительно, онкологи обнаружили это путем проб и ошибок.

Существуют и другие виды макрофагальной терапии, которые могут выиграть от предварительной обработки: воздействие IgG на сконструированные макрофаги, используемые в определенных видах терапии, перед введением их пациенту, чтобы подготовить их к поглощению большего количества раковых клеток .

Спектр памяти
Долгое время биологи и врачи считали, что только адаптивная ветвь иммунной системы имеет какую-то иммунную память. Но теперь начала вырисовываться более тонкая картина.

Этот эксперимент показал, что даже те части иммунной системы, которые обычно не считаются имеющими память, могут реагировать на подсказки. И это предполагает, что иммунологическая память — это спектр, в котором некоторые клетки реагируют на то, что происходит здесь и сейчас; другие помнят инфекции десятилетиями; а некоторые, например макрофаги, находятся где-то посередине.

Работа также представляет более сложное изображение макрофагов , предполагая, что они более сложные в принятии решений, чем считали ученые. «Макрофагам нужно думать о ситуации, в которой они находятся», — сказал Моррисси. «Они находятся в здоровой ткани и должны избегать аутоиммунитета, или они борются с инфекцией и должны выйти на ринг?»

Погружаемся глубже в детали
Макрофаги на самом деле имеют две версии рецептора Fc: одна стимулирует их аппетит, а другая его подавляет. И обе активируются IgG. Макрофаги имеют больше активирующей версии, так что в конечном итоге одна из них побеждает. Но неясно, почему у клетки есть обе, а не просто меньшее количество активирующих FcR.

Это тайна, над решением которой работает Бонд. «Теперь, когда у меня есть этот набор инструментов для исследования аппетита макрофагов, мне действительно интересно понять, как функционирует ингибирующий FcR», — сказала она. Разработанная ею методика позволяет ей выборочно активировать только один FcR, так что она, возможно, сможет выделить роль, которую играет ингибирующий FcR в ее будущей работе.