Проследив за отдельными макрофагами исследователи выяснили, что перед активацией они учитывают количество макрофагов вокруг: если их набирается достаточное количество, то разворачивается полноценный иммунный ответ, а если кворум не набирается, то большинство макрофагов ведут себя тихо. Учет голосов проводится при помощи молекул TNF, сообщает статья в Nature Communications.
Чувство кворума это феномен, когда при достижении определенной плотности клетки переходят в другое качественное состояние. Особенно хорошо он изучен у бактерий: некоторые из них в условиях перенаселенности переходят от жизни по одиночке к формированию биопленок и становятся опасными для своего хозяина. Чтобы пересчитать друг друга, бактерии секретируют в небольшом количестве сигнальные молекулы, и превышение их пороговой концентрации в среде приводит к изменению активности генов и переключению поведения.
Джозеф Малдон (Joseph Muldoon) и его коллеги из Северо-Западного института в США обнаружили аналог чувства кворума у макрофагов. Эти иммунные клетки чистят наш организм от старых, сломанных клеток, могут нападать на бактерии и переваривать их. Чтобы их учуять, на мембранах макрофагов расположены рецепторы, чувствительные к липополисахариду, компоненту клеточной стенки бактерий. Узнав его, они переходят в активное состояние и готовы нападать. Исследователи выяснили, что перед тем как напасть, макрофаги «проводят перекличку», и начинают активные действия в том случае, если их количество выше порогового значения.
Между чувством кворума у бактерий и макрофагов есть существенная разница. В первом случае при достижении порогового значения все бактерии переходят в другой режим, тогда как у макрофагов меняется пропорция активных и пассивных клеток. Часть из них по-прежнему продолжает вяло реагировать на присутствие липополисахарида, но большинство из «ленивого лагеря» все-таки переходит в активную форму.
Ключевым сигналом для перехода макрофага в активное состояние служит накопление TNF. Исследователи обнаружили, что отдельные макрофаги внутри культуры клеток по-разному отвечают на бактериальный раздражитель и по-разному накапливает TNF, причем эту гетерогенность невозможно объяснить генетическими различиями или нахождением на разных стадиях жизненного цикла.
Авторы статьи предположили, что переходы макрофагов из «ленивого» состояния в активное может быть обусловлен плотностью их колонии. Проведя замеры накопления TNF у макрофагов в условиях сильной и малой населенности, они показали, что при в условиях плотного заселения гораздо больше макрофагов активно накапливает TNF и готово к нападению на бактерии. При этом во всех случаях в популяции оставались как «ленивые» макрофаги, слабо реагирующие на присутствие бактериального раздражителя, так и легковозбудимые.
При добавлении липополисахарида (LPS) к культурам макрофагов количество активных накопителей TNF определяется плотностью культуры: при плотном заселении (красный) это значение выше, чем при разбавлении (синий)
Для проверки своей гипотезы авторы смоделировали два варианта накопления клетками TNF: в первом все клетки линейно увеличивали свою активность пропорционально количеству липополисахарида, а во втором учитывали сигналы от других клеток. Для этого есть молекулярный механизм: на поверхности клетки расположены рецепторы к TNF, благодаря им она чувствует его присутствие снаружи и увеличивает в ответ на него синтез TNF внутри клетки. Прикинув исходы обеих моделей, они сравнили их с реальностью и оказалось, что модель, где учитывается положительное подкрепление от других макрофагов лучше объясняет экспериментальные данные.
Авторы статьи предполагают, что привязка активности макрофагов к их численности улучшает регуляцию и позволяет с одной стороны, усилить ответ на появление врагов, а с другой стороны избежать ложной активации иммунного ответа.
TNF это одна из ключевых сигнальных молекул иммунной системы, и ее перепроизводство (или наоборот, недостаток) может иметь фатальные последствия. Так, при лечении рака Т-клетками одна из основных проблем это слишком сильный иммунный ответ организма, и блокировка TNF позволяет избежать этой проблемы.
Вера Мухина