Дифференцировка лимфоцитов
5. Наивные Т и В клетки
5.4. Митохондриальная функция помимо продукции АТФ необходима для пролиферации активированных Т-клеток
Наивные Т-клетки находятся в состоянии покоя, они поддерживают низкий уровень гликолиза, и они преимущественно используют OXPHOS в качестве основного источника энергии, который стимулируется окислением глюкозы, глютамина и жирных кислот. После активации Т-клетки адаптируют свой метаболизм для удовлетворения возросших биоэнергетических и биосинтетических потребностей, связанных с пролиферацией и дифференцировкой (Chang et al., 2013, Halstead et al., 2015). Эта метаболическая адаптация переводит Т-клетки из относительно спокойного метаболического состояния в высокоактивное анаболическое состояние, усиливая аэробный гликолиз, пентозофосфатный путь (ППП) и глутаминолиз как основные источники АТФ и нуклеотидов (Dimeloe et al., 2017, Wang et al. Al., 2001). Считается, что это метаболическое перепрограммирование в сторону аэробного гликолиза, известного как эффект Варбурга, выгодно для быстро пролиферирующих клеток, таких как рак и иммунные клетки, а в Т-клетках оно главным образом регулируется транскрипционными факторами c-Myc, ERRα и AP4 (Chou et al. Al., 2014, Karmaus and Chi, 2014, Michalek et al., 2011, Wang et al., 2011).Принимая во внимание, что митохондриальное дыхание является главным образом производящим АТФ катаболическим процессом в покоящихся клетках, митохондриальное дыхание главным образом служит для обеспечения строительных блоков для анаболических процессов, питая пролиферацию и рост пролиферирующих клеток. Аспартат является протеиногенной аминокислотой и предшественником пуринов и пиримидинов (Birsoy et al., 2015, Sullivan et al., 2015). Клетки синтезируют аспартат из оксалоацетата через митохондриальный окислительный путь с малатдегидрогеназой-2 (MDH2), катализирующей превращение малата в оксалоацетат в NAD-зависимой реакции. При нарушении митохондриального дыхания синтез аспартата de novo нарушается из-за уменьшения пула NAD +, провоцируя остановку клеточного цикла. Соответственно, ингибирование активности MDH2 нарушает пролиферацию активированных Т-лимфоцитов (Eleftheriadis et al., 2015). Эти наблюдения подтверждают важность митохондрий в обеспечении строительных блоков для поддержки пролиферации Т-клеток. Глутаминолиз является еще одним митохондриальным анаболическим путем, который сильно активируется во время пролиферации. После активации поглощение глютамина увеличивается, и глутамин превращается в α-кетоглутарат, вступая в цикл TCA. Этот процесс важен, учитывая, что подавление глутаминолиза за счет истощения глютамина нарушает пролиферацию Т-клеток и выработку цитокинов (Carr et al., 2010).
В дополнение к увеличению аэробного гликолиза, недавно было показано, что Т-клетки резко увеличивают митохондриальную массу и уровни митохондриальной ДНК в течение первых часов активации (Baixauli et al., 2015, Tan et al., 2017). Эта индукция митохондриального биогенеза зависит от MTORC1, и для Т-клеток необходимо выходить из состояния покоя (Tan et al., 2017). Новые митохондрии характеризуются новой метаболической характеристикой, обогащенной одноуглеродным метаболизмом, путем, который генерирует одноуглеродные единицы для синтеза пурина и тимидина (Ron-Harel et al., 2016). Глушение митохондриального серинового катаболического фермента SHMT2, фермента одноуглеродного метаболизма, подавляет пролиферацию Т-клеток и снижает их выживаемость (Ron-Harel et al., 2016), тогда как демпфирование гликолиза глушением гексокиназой II (HK2) совместимо с Т Пролиферация клеток (Tan et al., 2017). Эти данные показывают, что митохондриальный метаболизм более важен для пролиферации Т-клеток, чем аэробный гликолиз. Соответственно, блокирование цепи переноса электронов (ETC) с помощью различных подходов снижает пролиферацию Т-клеток.
Митохондриальный геном кодирует 13 субъединиц, которые являются компонентами комплексов I, III, IV и V ETC. Глушение митохондриального транскрипционного фактора A (Tfam) использовалось для индукции глубокой дисфункции ETC, и этот митохондриальный белок с ядерной связью регулирует репликацию, транскрипцию и стабильность мтДНК. Истощение Tfam в ткани приводит к серьезному истощению мтДНК и дефициту митохондриальной дыхательной цепи (Hansson et al., 2004, Vernochet et al., 2012). Используя специфический для Tfam нокаут Tfam, мы определили функцию митохондриального ETC в ответах T клеток. Истощенные по Tfam T-клетки пролиферируют меньше, чем T-клетки дикого типа, что свидетельствует о зависимости пролиферативных T-клеток от OXPHOS (Baixauli et al., 2015). Соответственно, индукция дисфункции комплекса I, II и III путем подавления фактора апоптоза (AIF) нарушает пролиферацию Т-клеток (Johnson and Rathmell, 2016, Milasta et al., 2016). Аналогичным образом, специфическое истощение SLP-2 в Т-лимфоцитах вызывает изменения в компартментализации внутренней мембраны митохондрий, что приводит к снижению активности комплекса I, II и III. Следовательно, SLP-2-дефицитные T-лимфоциты имеют тенденцию более сильно зависеть от гликолиза, и их продукция IL-2 снижается, уменьшая пролиферацию (Christie et al., 2012). Кроме того, Т-клетки с отдельными дисфункциями Комплекса I, III или IV представляют дефекты пролиферации Т-клеток (Tan et al., 2017).