Крепкое рукопожатие между белками иммунных клеток важно для способности организма бороться с инфекцией. Между тем, слабое рукопожатие помогает объяснить слабые иммунные дефициты, вызванные редким генетическим заболеванием.

Новое исследование, проведенное исследователем из Georgia Tech и Emory University Чэн Чжу, изучает роль физической силы в способности иммунной системы бороться с инфекцией. Открытия команды могут привести к появлению новых методов лечения, которые усиливают иммунные реакции и улучшают результаты лечения пациентов, борющихся с редким и разрушительным заболеванием.

«Благодаря этому исследованию мы показали, насколько динамичной и физической на самом деле является иммунная система», — сказал Чжу, профессор-регент и председатель кафедры биомедицинской инженерии имени Дж. Эрскина Лава-младшего в Университете Уоллеса Х. Коултера (BME).

Работа фокусируется на взаимодействии В-клеток и Т-клеток в иммунной системе организма посредством двух белков — CD40 на В-клетках и CD40L на Т-клетках — при иммунодефицитном заболевании, называемом синдромом гипериммуноглобулинемии с Х-хромосомой, или X-HIgM. Это генетическое заболевание, поражающее двух из миллиона новорожденных мальчиков, 80% из которых умирают в возрасте до 25 лет.

Исследователи обнаружили, что механические силы , генерируемые этими взаимодействиями, создают «связь захвата» между белками. Это похоже на сильное рукопожатие, которое становится только крепче, когда каждый из людей пытается отстраниться.

Когда связь сильная, она заставляет Т-клетки подавать сигнал В-клеткам, что им нужно вырабатывать антитела для борьбы с вторгающимся патогеном. Фактически, В-клетки могут переключаться, вырабатывая антитела, которые отличаются от тех, которые они вырабатывали.

Однако у людей с X-HIgM повреждены белки CD40L, что приводит к ослаблению связей, ухудшению передачи сигналов и невозможности выработки нужных антител.

Команда опубликовала свои выводы в журнале Science Advances . Работа подчеркивает роль механотрансдукции — преобразования физической силы в химическую активность — в иммунной системе.

Среди главных исследователей Чжу в исследовании были исследователь Georgia Tech Анкур Сингх и Юрген Винандс из University Medical Center Göttingen в Германии. Ведущими авторами были бывший аспирант BME Стефано Травальино и бывший постдок Хён-Кю Чой (ныне доцент в Университете Ёнсе в Южной Корее).

Тренировочный лагерь для В-клеток
В защитной системе организма В-клетки вырабатываются в костном мозге и мигрируют в часть лимфатических узлов, называемую зародышевым центром.

«Это похоже на тренировочный лагерь, где В-клетки проходят процессы улучшения, включая созревание аффинности и переключение класса антител, что повышает их способность вырабатывать эффективные антитела», — сказал Травалино.

В-клетки взаимодействуют и получают от Т-клеток инструктивные сигналы, чтобы производить антитела, которые наиболее эффективны в борьбе с патогенным захватчиком. Это процесс, который в значительной степени зависит от взаимодействия CD40 и CD40L.

Используя такие методы, как флуоресцентная микроскопия , исследователи смогли внимательно рассмотреть активность в зародышевых центрах. Они использовали инструменты силовой спектроскопии, такие как зонд силы биомембраны, который показал, что сильное, дергающее рукопожатие подавляется мутацией X-HIgM.

Результаты показывают, что физическая среда и активность внутри зародышевого центра так же важны, как и химические сигналы, действующие между белками. Демонстрируя, как мутации X-HIgM нарушают связи захвата, исследователи предоставили механистическое объяснение дефицита антител при этом состоянии — знание, которое может открыть дверь будущим инновациям в терапевтическом вмешательстве и иммунотерапии.

Сингх назвал выводы команды «настоящим революционными».

«Значимость исследования выходит далеко за рамки понимания X-HIgM, предлагая свежий взгляд на то, как подходить к различным иммунным расстройствам», — сказал он. «Поскольку эта область исследований развивается, потенциал для достижений в иммунотерапии выглядит ярким».