Дифференцировка лимфоцитов

1. Краткая характеристика основных этапов развития т- и в-систем иммунитета

Развитие Т- и В-систем иммунитета включает в себя два основных этапа: доантигенный и постантигенный.

Доантигенный этапформирования специфического иммунитета состоит из комплекса событий, обеспечивающих:

• онтогенетическую закладку систем Т- и В-иммунитета

• формирование Т- и В-лимфоцитов из стволовых кроветворных клеток предшественников в кроветворных органах (В-лимфоциты образуются в красном костном мозге, а Т-лимфоциты – в корковом веществе тимуса). Образующиеся в кроветворных органах Т- и В-лимфоциты, хотя и являются уже специфичными, коммитированными на определенный антиген, функционально подготовленными клетками, способными взаимодействовать с определенным антигеном, однако, они еще не окончательно зрелые (т.н. наивные лимфоциты), не способные обезвреживать антиген

• формирование специфических клонов Т- и В-лимфоцитов, каждый из которых взаимодействует только с одной из великого множества антигенных детерминант

• элиминация клонов лимфоцитов, коммитированных на собственные антигены

• дифференцированное заселение лимфоцитами периферических лимфоидных органов и тканей.

Постантигенный этапформирования специфического иммунитета связан с прямым функционированием Т- и В-систем, которое возникает после контакта наивных лимфоцитов с определенными, стерически соответствующими их антигенраспознающим рецепторам антигенными детерминантами. Этот этап включает следующие события:

• распознавание антигена функционально незрелыми (наивными) Т- и В-лимфоцитами, усиление миграции лимфоцитов, коммитированных на данный антиген, в место его локализации

• ответную реакцию наивных лимфоцитов на антиген, проявляющуюся в виде их пролиферации и дифференцировке до зрелых эффекторных клеток(плазматических клеток, Т-киллеров, Т-хелперов, Т-клеток воспаления)

• собственно эффекторную фазу иммунного ответа, состоящую в нейтрализации и уничтожении антигена, а также формировании Т- и В-клеток памяти после первичного контакта с антигеном.

Таким образом, доантигенный этап развития специфического иммунитета обеспечивает формирование антигенспецифических клонов окончательно незрелых Т- и В-лимфоцитов, каждый из которых настроен на взаимодействие с каким-то определенным антигеном (одновременно происходит элиминация "запрещенных" клонов, настроенных на собственные молекулы организма, что лежит в основе развития иммунологической толерантности к собственным тканям). Постантигенный этап формирования специфического иммунитета связан с работой сформированных на доантигенном этапе клонов Т- и В-лимфоцитовпосле их встречи с антигенами и служит одним из проявлений иммунологической реактивности

2. Доантигенная дифференцировка лимфоцитов

Причем для каждого антигена (эпитопа) в организме предназначен отдельный лимфоцит или его клональные дочерние лимфоциты-потомки, которые имеют специфичный антигену TcR. Тимоциты одновременно с TcR в процессе дифференцировки приобретают CD3, который тесно связан с Т-клеточным рецептором. CD3 необходим для передачи сигнала от ТКР в цитоплазму. На поверхности тимоцитов появляются также молекулы CD8 и CD4. Это двойные позитивные клетки, т.е. их фенотип (ТКР+, CD3+, CD4+, CD8+) и они являются наивными лимфоцитами.

В-лимфоциты также происходят от плюрипотентных гемопоэтических стволовых клеток, дающих также начало всем клеткам крови. Стволовые клетки находятся в определённом микроокружении, которое обеспечивает их выживание, самообновление или, при необходимости, дифференцировку. Микроокружение определяет, по какому пути пойдёт развитие стволовой клетки (эритроидному, миелоидному или лимфоидному).

Дифференцировка В-лимфоцитов, подобно Т-лимфоцитам, условно делится на две стадии — антигеннезависимую (в которую происходит перестройка генов иммуноглобулинов и их экспрессия) и антигензависимую (при которой происходит активация, пролиферация и дифференцировка в плазматические клетки). Выделяют следующие промежуточные формы созревающих В-лимфоцитов:

Ранние предшественники В-клеток — не синтезируют тяжёлых и лёгких цепей иммуноглобулинов, содержат зародышевые гены IgH и IgL, но содержат антигенный маркер, общий со зрелыми пре-В-клетками.

Ранние про-В-клетки — D-J-перестройки в генах IgН.

Поздние про-В-клетки — V-DJ-перестройки в генах IgН.

Большие пре-В-клетки — гены IgН VDJ-перестроены; в цитоплазме есть тяжёлые цепи класса μ, экспрессируется пре-В-клеточный рецептор.

Малые пре-В-клетки — V-J-перестройки в генах IgL; в цитоплазме есть тяжёлые цепи класса μ.

Малые незрелые В-клетки — гены IgL VJ-перестроены; синтезируют тяжёлые и лёгкие цепи; на мембране экспрессируются иммуноглобулины (B-клеточный рецептор).

Зрелые В-клетки — начало синтеза IgD.

В-клетки поступают из костного мозга во вторичные лимфоидные органы (селезёнку и лимфатические узлы), где происходит их дальнейшее созревание, презентация антигена, пролиферация и дифференцировка в плазматические клетки и В-клетки памяти.

Экспрессия всеми В-клетками мембранных иммуноглобулинов позволяет осуществляться клональному отбору под действием антигена. При созревании, стимулировании антигеном и пролиферации существенно меняется набор маркеров В-клеток. По мере созревания В-клетки переключаются от синтеза IgM и IgD на синтез IgG, IgA, IgE (при этом у клеток сохраняется способность синтезировать также IgM и IgD — вплоть до трёх классов одновременно). При переключении синтеза изотипов антигенная специфичность антител сохраняется. Различают следующие типы зрелых В-лимфоцитов:

Собственно В-клетки (ещё называемые «наивными» В-лимфоцитами) — неактивированные В-лимфоциты, не контактировавшие с антигеном. Не содержат тельца Голла, в цитоплазме рассеяны монорибосомы. Полиспецифичны и имеют слабое сродство к многим антигенам.

2.1. V(D)J-рекомбинация. Структура иммуноглобулина и Т-клеточного рецептора

V(D)J-рекомбинация или V(D)J-реаранжировка (англ. V(D)J-recombination, V(D)J rearrangement) — механизм соматической рекомбинации ДНК, происходящий на ранних этапах дифференцировки лимфоцитов и приводящий к формированию антиген-распознающих участков иммуноглобулинов и Т-клеточного рецептора. Гены иммуноглобулина (англ. Ig) и Т-клеточного рецептора (англ. TCR) состоят из повторяющихся сегментов, принадлежащих к трем классам: V (variable), D (diversity) и J (joining). В процессе V(D)J-перестройки генные сегменты, по одному из каждого класса, соединяются вместе. Объединенная последовательность сегментов V(D)J кодирует вариабельные домены каждой из цепей рецептора или иммуноглобулина.

Система адаптивного (приобретенного) иммунитета способна распознавать миллионы отдельных антигенных детерминант. Эта способность основана на огромном разнообразии (как минимум 109) антиген-специфичных рецепторов лимфоцитов. Если бы весь антиген-распознающий репертуар рецепторов Т- и В-лимфоцитов кодировался отдельными генами, то они не вместились бы в геном. В связи с этим, в эволюции позвоночных животных развилась способность генерировать гены антиген-распознающего рецептора путём рекомбинации отдельных генных сегментов случайным образом в каждом клетке-предшественнике лимфоцита. Поскольку в течение жизни образуются миллиарды лимфоцитов с уникальными антиген-специфическими рецепторами, в совокупности они образуют практически неограниченный репертуар распознаваемых антигенов.

2.2. Гены иммуноглобулинов и рецептора Т-лимфоцитов

В отличие от большинства генов, гены рецепторов лимфоцитов Ig/TCR не присутствуют в целом виде в зародышевых и соматических клетках человека. Эти гены находятся в хромосоме в виде повторяющихся сегментов, принадлежащих к трем классам: V (variable), D (diversity) и J (joining), а также один или несколько инвариантных константных регионов С (constant).

Молекулы иммуноглобулина являются гетеродимерами, состоят из двух разных полипептидных цепей — тяжелой и легкой. Существует два типа легкой цепи — каппа и лямбда. Три типа полипептидных цепей закодированы отдельными генами. Т-клеточный рецептор является гетеродимером, состоящим из двух иммуноглобулиноподобных полипептидных цепей. Большинство Т-лимфоцитов несут на своей поверхности TCR II типа, состоящий из альфа- и бета- цепей (TCRαβ). Отдельная популяция Т-лимфоцитов несут на своей поверхности TCR I типа, состоящий из гамма- и дельта- цепей (TCRγδ). Такие лимфоциты имеют особые функции и называются обычно γδ-Т-клетками.

Таким образом, всего семь генных локусов подвержены V(D)J-перестройке: тяжелой цепи иммуноглобулина (IGH@), легких цепей каппа (IGK@) и лямбда иммуноглобулина (IGL@), и четыре гена Т-клеточного рецептора, TCRA, TCRB, TCRG, TCRD. D-сегменты имеются только в гене тяжелой цепи иммуноглобулина (IGH@), TCRB и TCRD.

Локализация генов иммуноглобулинов и TCR у человека

Иммуноглобулины

IGH@ — гены, кодирующие тяжелую цепь (14 хромосома)

IGK@ — гены, кодирующие легкую цепь типа каппа (2 хромосома)

IGL@ — гены, кодирующие легкую цепь типа лямбда (22 хромосома)

Т-клеточный рецептор

T-клеточный рецептор II типа (TCRαβ):

TCRA — TCR α-цепь (14 хромосома)

TCRB — TCR β-цепь (7 хромосома)

T-клеточный рецептор I типа (TCRγδ):

TCRG — TCR γ-цепь (7 хромосома)

TCRD — TCR δ-цепь (14 хромосома)

Рис. Организация локусов генов иммуноглобулинов в геноме человека 

2.3. Механизм рекомбинации

Материал из Википедии

Количество генных сегментов и разнообразие перестроек

Организация локусов генов иммуноглобулинов в геноме человека

Каждый из локусов Ig/TCR содержит определенное количество сегментов V, D и J, расположенных в определенном порядке: сначала идут повторяющиеся V-сегменты, затем D, если они есть, затем J-сегменты и константный регион (С). Часть генных сегментов является псевдогенами, большинство — функциональными генами, то есть транслируются в белок. Количество вариантов случайных комбинаций генных сегментов в процессе V(D)J-рекомбинации определяет комбинативное разнообразие антигенных рецепторов лимфоцитов.

Механизм[править | править вики-текст]

Молекулярный механизм рекомбинации всех семи локусов Ig/TCR идентичный. Эти генные перестройки происходят на ранних этапах дифференцировки лимфоцитов в костном мозге (для В-лимфоцитов) и тимусе (для Т-лимфоцитов) и представляют собой соматическую негомологичную рекомбинацию, в результате которой генные сегменты V, D и J сближаются, а промежуточная последовательность удаляется. Для локусов IGH@, TCRD, TCRB перестройка протекает в два этапа: сначала сближаются сегменты D и J, а затем происходит соединение V-DJ. Для остальных генов перестройка V-J происходит в один этап.

Сигнальные последовательности[править | править вики-текст]

Рекомбинация происходит по сигнальным последовательностям ДНК, непосредственно прилегающим к генным сегментам. Эти консервативные сигнальные последовательности называются RSS (англ. recombination signal sequence) и состоят из семи нуклеотидов — 5’-CACAGTG-3’ (гептамер), за которым следует последовательность из 12 или 23 нуклеотидов — спейсер, и ещё одного консервативного блока из девяти нуклеотидов — 5’-ACAAAAACC-3’. Последовательность спейсера может варьировать, но длина консервативна и соответствует одному (12 нуклеотидов) или двум (23 нуклеотида) виткам двойной спирали ДНК. Перестройка происходит только между двумя RSS, одна из которых имеет спейсер 12 пар нуклеотидов, другая — 23 п. н., так называемое «правило рекомбинации 12/23». Эта закономерность строения RSS определяет правильную последовательность рекомбинации: например ген IGH@ имеет RSS длиной 23 п. н. на 3’-конце каждого V-сегмента, RSS длиной 12 п. н. на 3’- и 5’-конце каждого D сегмента и RSS длиной 23 п. н. на 5’-конце каждого J-сегмента. Таким образом, V-J-реаранжировка этого локуса невозможна^[6].

V(D)J-рекомбинация представляет собой ряд последовательных реакций сближения, разрывов и воссоединений двойной спирали ДНК и протекает в два этапа. На первом этапе продукты генов RAG1 и RAG2 (англ. recombination activation genes) — распознают RSS и связываются с ними. В формировании комплекса участвуют белки HMG-1 и 2 (high mobility group proteins). Рекомбиназы вносят однонитевой разрыв в ДНК на 5’-конце консервативной последовательности и активируют 3’-OH конец кодирующего сегмента, который фосфатную связь во второй нити ДНК с образованием ковалентно замкнутой шпильки на конце сегмента и «тупых» концов гептамера. Первый этап требует присутствия ионов Mg²⁺.

На втором этапе реакции тупые концы гептамеров соединяются, образуя так называемое сигнальное соединение. Кодирующие концы перед объединением подвергаются процессингу. Шпилька расщепляется в случайном месте, оставляя иногда палиндромную последовательность, называемую Р-нуклеотидами, на конце генного сегмента. Перед воссоединением генных сегментов концы ДНК могут немного деградировать при участии экзонуклеаз, а также происходит нематричное добавление нуклеотидов терминальной дезоксинуклеотидил-трансферазой (англ. TdT) — так называемых N-нуклеотидов. Наконец, кодирующие концы объединяются. Подобный механизм перестройки называют негомологичной рекомбинацией (англ. NHEJ, non-homologous DNA end-joining). Помимо RAG-рекомбиназ в процессе участвуют другие белки системы репарации/рекомбинации: Artemis осуществляет открытие шпильки, DNA-PK связывается с Artemis для обработки кодирующего конца, белки Ku70 и Ku80связывают и репарируют двухнитевые разрывы ДНК, белок XRCC4 и ДНК-лигаза IV соединяют кодирующие концы^[5][7].

Перестройка может протекать по двум механизмам. В случае наиболее типичной делеционной перестройки ДНК между двумя RSS «выпетлевывается», отрезается и образует кольцевой продукт. Инвертированная перестройка возможна, когда сегмент V находится в инвертированном состоянии. В этом случае последовательность, разделяющая две RSS, остается в инвертированном состоянии. Такой тип рекомбинации наиболее характерен для локуса IGK@ (около половины V-J-реаранжировок этого гена). Рекомбинация в норме возможна только между двумя RSS, локализованными на одной хромосоме.^[6]

Вариабельность[править | править вики-текст]

Средняя длина генного сегмента V — 300, J — 46-63, D — 17-37 пар нуклеотидов. В процессе перестройки концы генных сегментов могут потерять несколько нуклеотидов, затем они достраиваются случайными нуклеотидами при помощи фермента терминальной дезоксинуклеотидил-трансферазы (англ. TdT). Такие случайные нуклеотиды называются нематричными (N), поскольку они синтезируются без матрицы ДНК и не присутствуют в геноме человека. В каждом акте соединения может быть добавлено от 1 до 30 N-нуклеотидов. Место соединения V, D и J называется соединительным участком, и кодирует третью гипервариабельную петлю белковой цепи вариабельного домена иммуноглобулина, находящегося в антиген-связывающем центре рецептора. Неточность соединения генных сегментов и добавление нематричных нуклеотидов является источником вариабельности, которое увеличивает антиген-распознающий репертуар на несколько порядков. Наибольшая вариабельность возникает при рекомбинации генов IGH@ и TCRB

3. Гуморальный иммунный ответ

Гуморальный иммунный ответ является функцией В-клеток , трансформирующихся в активные продуценты антител - плазмоциты .

Образуемые этими клетками антитела выполняют три основные задачи.

Во-первых, они нейтрализуют антиген . Эта способность антител особенна важна при обезвреживании бактериальных токсинов.

Во-вторых, антитела выступают в качестве опсонинов . Взаимодействуя специфически с антигенными эпитопами бактериальной стенки, антитела создают условия для лучшего захвата патогена фагоцитирующими клетками, которые несут на своей поверхности рецепторы к Fc-фрагменту иммуноглобулинов .

И, в-третьих, комплекс антигена с антителом активирует белки системы комплемента , которые в свою очередь выполняют несколько функций:

- неспецифически опсонизируют антиген,

- формируют поры в клеточной стенке корпускулярных антигенов, определяя их гибель,

- выступают в качестве хемоаттрактантов , привлекая в зону проникновения патогена клетки воспаления.

Как и в случае с Т-клетками , В-лимфоциты, закончившие дифференцировку в костном мозге и частично на периферии , создают лишь защитный потенциал будущей встречи с антигеном. Примированная антигеном B-клетка должна пройти путь дополнительной дифференцировки до функционально активного плазмоцита. На этом пути совершаются главные события, обеспечивающие специфический синтез антител.

Поверхностный иммуноглобулин В-клеток несет двойную нагрузку в процессе созревания плазмоцитов.

Во-первых, он выполняет роль антигенраспознающей структуры, передавая сигнал о встрече с антигеном внутрь клетки.

Во-вторых, служит фактором захвата антигена для его переноса внутрь клетки.

После внутриклеточной переработки антигенные пептиды в комплексе с молекулами II класса MHC выносятся на клеточную поверхность. Иммуногенный комплекс распознается антигенспецифическими хелперными Т-клетками , которые и обеспечивают второй сигнал для В-клеточной пролиферации и дифференцировки.

В процесс функционального созревания В-клеток включаются также цитокины и мембраносвязанные белки Т-лимфоцитов.

Существенным моментом процесса распознавания антигена является феномен сцепленного распознавания . Суть его состоит в следующем. При инициации иммунного ответа на сложный антиген взаимодействующие В- и Т- клетки должны распознать этот антиген, но не обязательно те же самые антигенные эпитопы.

По мере развития гуморального иммунного ответа от момента распознавания антигена до наиболее активной продукции антител происходит по крайней мере два важных события:

- переключение синтеза антител с одного изотипа на другой и

- повышение аффинности синтезируемых антител.

Местом развития этих событий являются вторичные фолликулы, или зародышевые центры лимфоидной ткани. На периферии фолликула происходит распознавание антигена В-клетками и его представительство на поверхности клетки в иммуногенной форме после внутриклеточной переработки. На этом этапе в процесс формирования гуморального иммунного ответа вступают хелперные T-клетки . В-лимфоциты, активированные Т-хелперами, либо сразу дифференцируются в плазмоциты , продуцирующие ранние, суммарно низкоаффинные антитела IgM класса, либо перемещаются в первичный фолликул, образуя центры размножения . В процесс примирования на периферии фолликула вступает несколько клонов В-клеток, имеющих близкие по специфичности антигенраспознающие рецепторы.

Клетки этих клонов, переместившиеся в центры размножения, подвергаются отбору по признаку высокой аффинности их рецепторов. Фактором отбора выступает антиген, экспрессирующийся на поверхности фолликулярных дендритных клеток . В-клетки, не прошедшие отбора на высокую аффинность антигенраспознающих рецепторов, погибают. Клетки, обладающие высокой рецепторной аффинностью, дифференцируются либо в плазмоциты , либо в клетки памяти .

Механизм выбора направления дифференцировки на заключительном этапе развития В-клеток неясен. Предполагается, что определяющим моментом в данном процессе является повторное взаимодействие прошедших селекцию В-клеток с хелперными Т-лимфоцитами. Именно при их участии создается пул специфических В-клеток памяти.

Параллельно отбору на степень сродства антигенраспознающих рецепторов В-клеток к тому или иному антигену синтез антител переключается с одного изотипа на другой. Процесс переключения реализуется при участии цитокинов , продуцируемых, в основном, хелперными Т-клетками. При этом индукция одного из изотипов происходит при одновременной ингибиции других, так что в данный конкретный момент развития иммунного ответа секретируется только один из возможных вариантов.

4. Клеточный иммунный ответ

Завершение внутритимусного развития лимфоцитов приводит к созданию двух основных субпопуляций: наивных CD8 T-клеток и CD4 T-клеток . Созданный при этом потенциал клоноспецифических Т-клеток еще не означает их способность моментально вступать в реакцию нейтрализации и уничтожения чужеродного антигена .

До проявления эффекторной активности Т-клеток должно произойти главное событие - созревание таких клеток. Только после завершения периода постантигенного развития зрелые Т-клетки реализуют свой первоначальный потенциал.

В целом внетимусный период развития клеток включает три этапа: распознавание антигена, созревание наивных Т-клеток до активных эффекторов и собственно "работу" созревших клеток (нейтрализацию и уничтожение антигена). На каждом этапе действуют свои клеточные и молекулярные факторы, при участии которых лимфоциты проходят путь от инертных предшественников до функционально активных эффекторов.

Первая встреча наивных Т-клеток с антигеном происходит в лимфоидной ткани, ближайшей к месту его внедрения. Именно здесь происходит отбор Т-клеточных клонов по их способности распознавать чужеродный антиген.

Циркулирующие по кровяному руслу лимфоциты, попадая в лимфатические узлы , проходят через высокий эндотелий венул в паренхиму органа. Здесь наивные Т-клетки встречаются с антигеном . В процесс примирования включены три типа антигенпрезентирующих клеток : макрофаги , дендритные клетки , В-лимфоциты .

Распознавание антигена на поверхности этих клеток сопровождается включением в процесс дополнительных факторов межклеточных контактных отношений - адгезинов . Функция адгезинов - усиление контакта между наивными Т-лимфоцитами и антигенпрезентирующими клетками.

Совместное действие специфического компонента распознавания - Т-клеточного антигенраспознающего рецептора и неспецифического вспомогательного фактора - адгезина LFA-1 Т-клеток определяет отбор антигенспецифического клона. Среди всех лимфоцитов, проникших в определенный лимфоидный орган, только 1 из 105 оказывается способным к специфическому взаимодействию. Все остальные клетки, не выдержавшие отбора на специфичность, покидают лимфоузел через эфферентный лимфатический сосуд с тем, чтобы вступить в процесс рециркуляции в поисках соответствующего по специфичности антигена.

Связывание Т-клеточным рецептором комплекса антигенный пептид:молекула I или II класса МНС - обязательное, но недостаточное условие для трансформации наивных Т-клеток в зрелые эффекторы.

Необходим второй неспецифический сигнал. Костимуляторами в данном случае выступают экспрессирующиеся на поверхности антигенпрезентирующих клеток молекулы В7 , относящиеся к суперсемейству иммуноглобулинов .

Факт происутствия на одной и той же антигенпрезентирующей клетке специфического иммуногена и неспецифического костимулятора имеет вполне конкретный биологический смысл. Отрицательная селекция в тимусе не свободна, очевидно, от ошибок. Какая-то часть запрещенных клонов может выйти в циркуляцию и стать потенциальной причиной аутоиммунной агрессии. Как правило, этого не наблюдается. Наивные Т-лимфоциты, распознавшие аутоантигены, остаются инертными, так как не получают второго сигнала от тканеспецифических клеток. Такие лимфоциты оказываются в состоянии анергии или гибнут через процесс апоптоза .

Двухсигнальная система активации обеспечивает синтез и секрецию ИЛ-2 , который включается в процесс пролиферации и дифференцировки Т-клеток. Созревшие Т-клетки характеризуются изменением экспрессии рецепторов клеточной поверхности.

Во-первых, они теряют L-селектин , который был нужен наивным Т-клеткам для первоначального заселения лимфоидной ткани, но бесполезен или даже вреден при формировании иммунного ответа, так как мешает миграции Т-клеток в зону проникновения патогена. С помощью тирозинспецифических фосфатаз , характерных для зрелых форм, организуется наиболее эффективная передача сигнала от Т-клеточного антигенраспознающего рецептора внутрь клетки. Появляется новый адгезин VLA-4 , который позволяет зрелым Т-клеткам связываться с эпителием сосудов в зоне воспаления , что крайне важно для локального развития иммунного ответа. Наконец, усиливается экспрессия исходных адгезинов LFA-1 и CD2 , обеспечивающих лучший межклеточный контакт.

Постантигенное развитие завершается формированием трех функционально активных субпопуляций:

- цитотоксических CD8 T-клеток ,

- CD4 Т-клеток воспаления и

- хелперных CD4 T-клеток .

Первые две субпопуляции - участники клеточного иммунного реагирования , третья - обеспечивает помощь гуморальному иммунитету .

Распознавание антигена зрелыми цитотоксическими CD8 Т-клетками и переход в эффекторную фазу развития иммунного ответа инициирует синтез и секрецию цитотоксических белков, которые обеспечивают либо некроз , либо апоптоз клеток-мишеней.

Наиболее активными медиаторами цитотоксического действия являются перфорин , гранзимы (фрагментины) , ФНО-бета .

Возбудители некоторых инфекций ( туберкулез , лепра , чума ) используют макрофаги как "среду обитания". Локализуясь в фаголизосомах , они становятся недоступными для антител или цитотоксических T-лимфоцитов. Единственный способ борьбы с этими внутриклеточными патогенами - усиление лизосомальной активности самих макрофагов. Помощь в стимуляции такой активности исходит от CD4 Т-клеток воспаления (ТН1) , которые после взаимодействия с макрофагами начинают усиленную секрецию ИФ-гамма и ФНО-альфа .

В результате этого взаимодействия активизируется также процесс слияния фагосом с лизосомами , инициируется кислородный взрыв , продукты которого токсичны для внутриклеточных патогенов, увеличивается экспрессия молекул II класса MHC , что способствует вовлечению в ответ новых Т-клеток воспаления .

Т-клетки воспаления не только активируют внутримакрофагальные биохимические процессы, но и сами оказываются активированными со стороны взаимодействующих с ними фагоцитирующих мононуклеаров . В результате Т-клетки секретируют большой набор цитокинов , выступая в роли организаторов иммунного реагирования.

В целом весь путь развития и функционирования Т-клеток от первичного знакомства с антигеном до его уничтожения представляет собой многоступенчатое явление с включением в процесс широкого набора клеточных и молекулярных структур.

5. Наивные Т и В клетки

Незначительное количество прошедших жесткие условия положительного и отрицательного отбора тимоцитов мигрируют на периферию.

Выжившие клетки относят к категории наивных Т-лимфоцитов , т.е. таких клеток, которые еще не вступали в процесс распознавания чужеродных антигенов. В их заселении периферических лифоидных органов и тканей принимают участие адгезивные молекулы клеточной поверхности, экспрессирующиеся как на Т-лимфоцитах, так и на эндотелии кровеносных сосудов, пронизывающих лимфоидные образования. В результате лиганд-рецепторных взаимодействий наивные Т-клетки проникают в паренхиму органа.

У наивных В-клеток начальный этап активации связан с рядом подготовительных процессов и, в первую очередь, с их клональной экспансией - накоплением антигенспецифического клона, который после завершения пролиферации переходит к дифференцировке в плазматические клетки , секретирующие антитела заданной специфичности.

5.1. Митохондриальные функции на разных стадиях адаптивного ответа Т-клеток

Т-клетки - это узкоспециализированные клетки, способные мигрировать из одной ткани в другую, патрулируя организм в поисках патогенов или опухолевых антигенов. Лимфоциты могут ощущать внеклеточные градиенты хемотаксических факторов, указывая на то, что их присутствие необходимо (Förster et al., 2008). В этот момент Т-клетки мигрируют, чтобы определить уровень риска, и, распознавая угрозу, они подвергаются быстрой клональной экспансии и постепенно дифференцируются в различные типы эффекторных клеток с различными функциями (Zhu et al., 2010). Эти эффекторные Т-клетки способны секретировать ряд цитокинов и молекулярных медиаторов, которые могут регулировать соседние и даже отдаленные клетки. Адекватный баланс между этими действиями необходим для защиты хозяина и сохранения гомеостаза ткани. Действительно, нарушение регуляции активности этих клеток может вызывать аутоиммунные или воспалительные заболевания.

Т-клетки становятся активированными после распознавания антигена, увеличивая скорость их пролиферации и начиная программу дифференцировки в направлении специфического набора эффекторов. Цитотоксические CD8 + T-клетки способны непосредственно уничтожать инфицированные клетки путем лизиса, тогда как CD4 + T-клетки обладают способностью дифференцироваться в различные эффекторные поднаборы, включая: Th1-клетки, которые секретируют интерферон-гамма (IFN-γ), цитокин, который индуцирует широкий спектр Противовирусных факторов; Th2 клетки, которые поддерживают внеклеточные паразиты иммунные ответы; Клетки Th17, которые продуцируют IL-17, мощный индуктор активации нейтрофилов в ответ на грибковую и бактериальную инфекцию; Т-фолликулярные хелперные клетки (Thf), которые инициируют гуморальный ответ, предоставляя помощь В-клеткам во время реакции зародышевого центра и регуляторные Т-клетки (Treg), которые подавляют эффекторную функцию Т-клеток (Ballesteros-Tato et al., 2016, Zhu et al., 2010) , Во время дифференцировки Т-клетки увеличивают пул митохондрий и, чтобы удовлетворить энергетические потребности активной пролиферации, они переходят в состояние метаболической активации, характеризующееся повышенным поглощением питательных веществ, повышенным глутаминолизом и повышенным гликолитическим метаболизмом (D'Souza et al., 2007, van der Windt et al., 2012). После клональной экспансии и дифференцировки Т-клеткам необходимо получить соответствующий стимул, без которого они вступают в фазу сокращения, и выживают только долгоживущие Т-клетки памяти. Эти Т-клетки памяти способны быстро и энергично реагировать на вторичный вызов той же природы (Farber et al., 2013).

Наивные Т-клетки метаболически спокойны, с минимальным поглощением питательных веществ, и они эффективно используют митохондриальные процессы для производства АТФ, стремясь соединить цикл ТСА с окислительным фосфорилированием (OXPHOS), чтобы максимизировать синтез АТФ. Напротив, как и другие пролиферативные клетки (например, раковые клетки), антиген-активированные Т-лимфоциты полагаются на аэробный гликолиз, менее эффективный способ генерирования АТФ (Vander Heiden et al., 2009). Это метаболическое переключение, известное как эффект Варбурга, должно обеспечивать метаболические преимущества для пролиферирующих клеток.

Поскольку активированные Т-клетки используют первичный аэробный гликолиз для получения АТФ, роли, выполняемые митохондриями в Т-клетках, исторически игнорировались. Тем не менее, митохондрии могут рассматриваться не только как продуценты АТФ. Помимо производства энергии, эти органеллы также участвуют в гомеостазе кальция, синтезе липидов, апоптозе, передаче сигналов и прогрессировании клеточного цикла. Митохондрии выполняют анаболическую роль в создании необходимых строительных блоков для синтеза макромолекул во время пролиферации, и они стали сигнальной платформой, которая координирует решения о судьбе Т-клеток, участвующих в активации и дифференцировке Т-клеток (Bantug et al., 2017). Эти сигналы зависят от метаболического статуса митохондрий или стресса, и они могут быть опосредованы митохондриями активных форм кислорода (mROS), кальция или других побочных продуктов митохондрий. Для выполнения всех этих функций митохондриальное деление и слияние служат для адаптации их расположения, размера и распределения. Слияние контролируется белками митофусин-1, митофусин-2 и OPA1, и это облегчает связь между митохондриальными компартментами. С другой стороны, деление опосредуется белком Drp1, а небольшие митохондрии более точно транспортируются и распределяются вдоль микротрубочек (Burté et al., 2014).

Также важно выделить еще один важный фактор, влияющий на активность митохондрий. Митохондрии в основном считались полностью изолированными и независимыми органеллами, но в настоящее время эта концепция эволюционировала, чтобы включить потребность митохондрий в физическом взаимодействии с другими органеллами для выполнения их функций. Это взаимодействие между органеллами было связано со многими процессами, и, в частности, физический контакт митохондрий важен для гомеостаза кальция и передачи сигналов, переноса липидов и динамики и распределения органелл (Daniele and Schiaffino, 2014, Helle et al., 2013). Лучше всего охарактеризована ассоциация с физическим контактом между митохондриями и эндоплазматическим ретикулумом (ER), называемая митохондриально-ассоциированными мембранами (MAMs), которая имеет решающее значение для поддержания клеточного гомеостаза. Действительно, это взаимодействие было связано с множественными заболеваниями (Filadi et al., 2017), такими как резистентность к инсулину, рак, нейродегенеративные заболевания и воспаление (Filadi et al., 2017, Giorgi et al., 2015).

В этом разделе мы опишем роль митохондрий в функции Т-клеток, включая активацию, пролиферацию и дифференцировку. Мы представляем аспекты иммунного ответа, в которых митохондрии действуют в хронологическом порядке (рис. 1). Митохондрии перемещаются из уропода в иммунный синапс (IS), производя локальную АТФ и кальциевую буферизацию в зависимости от потребностей конкретной субклеточной области. После распознавания антигена mROS необходимы для адекватной активации Т-клеток, и митохондриальный метаболизм также участвует во время пролиферации Т-клеток и приобретения эффекторной функции. Наконец, мы опишем, почему митохондриальные ремоделирующие белки являются фундаментальными в Т-клетках памяти во время вторичного иммунного ответа и как увеличение массы митохондрий является эффективным способом омоложения истощенных Т-клеток.

Рис. 1. Разнообразные митохондриальные функции на разных стадиях адаптивного ответа Т-клеток. Митохондрии необходимы для миграции, когда лимфоциты обнаруживают хемотаксические факторы. Во время первых событий распознавания антигена митохондрии перемещаются в иммунный синапс для модуляции передачи сигналов кальция и для обеспечения локальной АТФ. Во время экспансии и пролиферации Т-клеток митохондриальная передача сигналов активных форм кислорода является фундаментальной для пролиферации. Митохондриальный метаболизм обеспечивает строительные блоки во время пролиферации и регулирует программу дифференцировки в эффекторные или регуляторные подмножества. Слияние митохондрий необходимо для долгоживущего фенотипа клеток памяти.

5.2. Поляризация и миграция Т-клеток регулируется путем митохондриального позиционирования

Т-лимфоциты могут ощущать внеклеточные градиенты хемотаксических факторов, которые вовлекают их в места повреждения, стимулы, которые провоцируют ряд изменений в морфологии и подвижности Т-клеток (Fig. 2A). Эти изменения в форме клетки подразумевают поляризацию, которая начинается с развития передней области, известной как передний край и задний задний край или уропод (Sánchez-Madrid and Serrador, 2009). Механизм полимеризации актина концентрируется на переднем крае, тогда как большинство органелл и большая часть цитоплазмы локализуются в уроподе. Митохондриальная продукция АТФ необходима в уроподе и ингибирование позиционирования митохондрий на задней кромке путем блокирования деления митохондрий нарушает миграцию лимфоцитов (Campello et al., 2006, Campello and Scorrano, 2010, Morlino et al., 2014). В этом процессе миграции также необходимы внешние сигналы. Эндотелиальные клетки секретируют 1-фосфат хемоаттрактанта сфингозина (S1P), который позволяет Т-клеткам поддерживать содержание митохондрий, сохраняя продукцию АТФ (Mendoza et al., 2017).

Рис. 2. Роль митохондрий во время миграции Т-клеток, иммунного синапса и ранней активации. (A) Митохондрии необходимы для снабжения АТФ во время миграции, когда Т-лимфоциты обнаруживают хемотаксические факторы. (B) Т-лимфоциты нуждаются в локальной митохондриальной АТФ и кальциевой буферизации в иммунном синапсе в интерфазе между антигенпрезентирующей клеткой и лимфоцитами. Митохондриальные сигналы АФК необходимы для эффективной активации Т-клеток, чтобы выйти из состояния покоя и начать размножаться.

Митохондрии накапливаются в местах в клетке, где существует высокая потребность в АТФ или где необходима буферизация сигнала кальция. После распознавания антигена Т-клетки смещают органеллы, такие как митохондрии, секреторный аппарат и их сигнальный механизм, в направлении IS (Fig. 2B). Такое перемещение митохондрий в IS требуется для питания молекулярных двигателей, участвующих в образовании IS, таких как миозин (Baixauli et al., 2011). Локализация митохондрий в IS достигается путем транспорта цитоскелета, обусловленного моторными белками кинезина и динеина, и требует активного слияния и деления митохондрий (Baixauli et al., 2011, Quintana et al., 2011).

Помимо обеспечения локальной АТФ для поддержания архитектуры IS, митохондрии в IS могут защищать Т-клетки от любой амплификации в передаче сигналов кальция. Цитозольный кальций является универсальным вторичным мессенджером, влияющим на различные процессы в Т-клетках, включая гомеостаз, активацию, пролиферацию, дифференцировку и апоптоз (Wolf and Guse, 2017). В отличие от других внутриклеточных мессенджеров, Ca2 + не синтезируется и не метаболизируется. Скорее, внутриклеточные концентрации Ca2 + тщательно регулируются с помощью ряда каналов и насосов, которые выделяют Ca2 + или хранят его в отдельных субклеточных компартментах. ER является основным внутриклеточным хранилищем Ca2 +, который высвобождает Ca2 + в цитозоль во время клеточной активации. Напротив, митохондрии содержат мало Са2 + в состоянии покоя, но они поглощают Са2 + при стимуляции клеток, снова высвобождая его в цитозоль в конце переходного периода кальция. Таким образом, как ER, так и митохондрии играют важную роль в гомеостазе Ca2 + (La Rovere et al., 2016). В Т-лимфоцитах приток Ca2 +, индуцированный стимуляцией рецептора Т-клеточного антигена (TCR), модулирует до 75% генов, участвующих в выживании и пролиферации, таких как NFAT, NF-κB и AP1, что делает буферизацию Ca2 + митохондриями, безусловно, очень важной (Phillips И др., 2001). Связывание антигена TCR запускает сигнальный каскад, который приводит к сборке многомолекулярной сигнальной платформы в IS. Фосфолипаза Cγ (PLCγ) рекрутируется в этот комплекс и генерирует 1,4,5-трифосфат инозита (IP3), который запускает высвобождение Ca2 + из хранилища ER. Это высвобождение ограниченного количества Ca2 +, хранящегося в ER, вызывает небольшое и кратковременное увеличение внутриклеточного кальция, что является критическим шагом в открытии каналов плазматической мембраны, который вызывает устойчивый приток Ca2 + из внеклеточных источников. Эта вторая и продолжительная волна Ca2 + необходима для поддержания активации Т-клеток.

5.3. Митохондриальные сигналы АФК необходимы для активации Т-клеток

Митохондриальные АФК генерируются в митохондриальных комплексах I, II и III (Drose and Brandt, 2012, Lambert and Brand, 2009), и они действуют как сигнальные мессенджеры в широком спектре клеточных процессов, включая активацию Т-клеток (Diebold and Chandel, 2016) ). Хотя низкие концентрации АФК способствуют выживанию и активации клеток, высокие концентрации АФК могут вызывать повреждение клеток. Тем не менее, временная генерация mROS (Fig. 2B) необходима во время антиген-специфической активации T-клеток для стимуляции ROS-зависимых транскрипционных факторов, таких как NF-κB, AP-1 и NFAT (Kaminski et al., 2010, Kamiński et al. ., 2012, Sena et al., 2013). Соответственно, митохондриальный антиоксидантный фермент марганцевая супероксиддисмутаза (MnSOD / SOD2) модулирует опосредованную NF-κB и AP-1 транскрипцию, регулируя уровни mROS. Потеря митохондриальной ДНК (мтДНК) вызывает снижение mROS и экспрессии IL-2 и IL-4 (Kaminski et al., 2010). Т-клетки, лишенные Uqcrfs1, субъединицы комплекса III, необходимой для продукции mROS, не способны активировать транскрипцию NFAT и продукцию IL-2 (Sena et al., 2013). Кроме того, подавление комплекса I-шаперона NDUFAF1 ухудшает генерацию АФК, вызванную TCR, а также секрецию IL-2 и IL-4 (Kaminski et al., 2010). Активированные Т-клетки используют глутатион (GSH) для контроля роста концентрации АФК, а блокирование пути GSH в Т-клетках не позволяет Myc опосредовать метаболическое перепрограммирование во время воспалительных Т-клеточных реакций (Mak et al., 2017). Эти наблюдения подтверждают дополнительную роль митохондрий в обеспечении сигналов mROS, которые необходимы для эффективной активации Т-клеток.

5.4. Митохондриальная функция помимо продукции АТФ необходима для пролиферации активированных Т-клеток

5.5. Митохондриальный метаболизм модулирует дифференцировку Т-клеток

В макрофагах в основном сообщалось, что баланс между гликолизом и OXPHOS влияет на провоспалительный фенотип клетки. Переход от цикла TCA и окисления жирных кислот (FAO) к гликолизу и синтезу жирных кислот делает макрофаг более провоспалительным (Jha et al., 2015, Newsholme et al., 1986, O'Neill and Hardie, 2013) , В Т-клетках есть свидетельства подобного поведения. Мы показали, что Т-лимфоциты с митохондриальной дисфункцией, спровоцированной истощением Tfam, становятся еще более гликолитическими и дифференцируются в провоспалительные клетки Th1, секретируя большие количества IFN-γ и не дифференцируясь в другие популяции (Baixauli et al., 2015). Эти наблюдения подтверждают идею о том, что митохондриальный метаболизм по-разному необходим в эффекторных подгруппах Т-клеток, так как подмножество Th1 менее зависит от митохондриального дыхания (рис. 3). Метаболизм Т-лимфоцитов, активированных в присутствии высоких уровней L-аргинина, переключается с гликолиза на OXPHOS, противодействуя эффекту Варбурга (Geiger et al., 2016). Следовательно, эффекторные Т-клетки культивируются с большим количеством секрета L-аргинина без IFN-γ. Т-клетки, лишенные Uqcrfs1, который кодирует RISP (субъединицу комплекса III), ослабляют ответы Th2 в модели индуцируемой аллергической астмы (Sena et al., 2013). Кроме того, мыши с дефицитом HIF1α полагаются на OXPHOS, и они усиливают генерацию Treg, тогда как блокирование гликолиза 2-дезоксиглюкозой ингибирует дифференцировку Th17 (Dang et al., 2011, Shi et al., 2011). Эти данные свидетельствуют о том, что условия, которые способствуют аэробному гликолизу, усиливают генерацию провоспалительных подмножеств Т-клеток, таких как Th1 и Th17, тогда как условия, которые стимулируют OXPHOS, уменьшают секрецию IFN-γ (Fig. 3) (Michalek et al., 2011). Напротив, клетки, экспрессирующие Foxp3, транскрипционный фактор, который дифференцирует Т-клетки в подгруппы Treg, подавляют Myc и активируют все компоненты ETC и комплекса V. Это приводит к усилению FAO (Procaccini et al., 2016), подтверждая, что клетки Treg полагаются на ФАО для топлива OXPHOS вместо использования гликолиза (Angelin et al., 2017, Michalek et al., 2011). Функция комплекса I особенно важна для функции Treg, предполагая, что специфические функции комплекса I, такие как окисление NADH в NAD +, могут быть вовлечены в активность подавления Treg (Angelin et al., 2017).

Рис. 3. Митохондриальный метаболизм определяет дифференцировку и судьбу Т-клеток. Увеличение аэробного гликолиза и глютаминолиза приводит к провоспалительному эффекторному фенотипу. Ингибирование гликолиза или ограничение глютамина вызывает наклонную дифференцировку через подгруппу Treg. Дополнительным способом улучшения ответа Th1, Th2 или Th17 являются ингибирование секреции лактата, усиление окислительного фосфорилирования или усиление поглощения жирных кислот.

Существуют разные гипотезы, объясняющие, почему гликолитические Т-клетки являются более воспалительными, чем дыхательные Т-клетки. Фермент GAPDH играет дополнительную роль по сравнению с метаболическим ферментом для гликолиза. Когда он не участвует в гликолизе, GAPDH может действовать как белок, связывающий РНК, связываясь с 3'UTR мРНК IFN-γ и, таким образом, блокируя трансляцию IFN-γ (Chang et al., 2013). Было высказано предположение, что увеличение продукции IFN-γ может быть связано с эпигенетическим механизмом (Peng et al., 2016). Во время эффекта Варбурга наблюдается увеличение выработки лактата (Vander Heiden et al., 2009), и этот лактат затем превращается в ацетил-КоА, увеличение которого приводит к ацетилированию гистона и позволяет трансляцию IFN-γ (Peng et al. , 2016). Также сообщалось о прямой активации GAPDH путем ацетилирования (Li et al., 2014). Кроме того, во время системной бактериальной инфекции происходит увеличение ацетата сыворотки из-за бактериального метаболизма, и Т-клетки могут поглощать этот ацетат, чтобы увеличить их пул ацетил-КоА. Повышенные уровни ацетил-КоА стимулируют ацетилирование GAPDH, способствуя гликолизу и секреции IFN-γ (Balmer et al., 2016). Последние данные свидетельствуют о том, что некоторые из воспалительных характеристик эффекторных клеток отражают комбинированную активацию гликолиза и глутаминолиза. Ограничение глутамина превращает CD4 + наивные Т-клетки в Treg (рис. 3) даже в условиях поляризации Th1, подразумевая, что метаболизм глутамина может изменять эффекторный ответ (Klysz et al., 2015).

Другой особенностью, которая делает гликолитические Т-клетки более воспалительными, чем дыхательные Т-клетки, является накопление фосфоенолпирувата (PEP). Интересно, что Ho et al. Заметил, что в гликолитических условиях Т-клетки накапливают PEP. Этот метаболит повышает уровень цитозольного Ca2 + за счет ингибирования SERCA-АТФазы, усиления передачи сигналов NFAT и эффекторной функции Т-клеток (Ho et al., 2015).

Важно учитывать, что митохондриальная дисфункция может также нарушать лизосомную передачу сигналов, которая может способствовать приобретению провоспалительного фенотипа Т-клеток. Недавно были продемонстрированы перекрестные помехи между митохондриями и лизосомами, поскольку митохондриальная дисфункция изменяет способность расщепления лизосом (Baixauli et al., 2015, Demers-Lamarche et al., 2016). Генетически нарушенные митохондрии приводят к морфологическим изменениям, нарушению активности лизосомальных ферментов и накоплению субстратов аутофагии и сфинголипидов (Baixauli et al., 2015). Мы изучили специфическое влияние нарушения лизосом на активацию Т-клеток с использованием Т-лимфоцитов модели лизосомальной болезни накопления. Мы обнаружили, что дисфункция лизосом стимулирует дифференцировку Т-клеток в направлении фенотипа Th1, усиливая секрецию IFN-γ и способствуя более провоспалительному профилю Т-клеток (Baixauli et al., 2015). Таким образом, лизосома была консолидирована как важнейший сигнальный центр за пределами ее способности к деградации, и ситуации, которые нарушают функционирование лизосом, такие как дисфункция митохондрий, также влияют на судьбу Т-клеток.

T cells that are terminally differentiated cannot acquire other effector characteristics. Commitment to a particular lineage implies an induction of a specific gene program and silencing other transcriptional programs (Wu et al., 2017). However, effector T cells that are not completely differentiated can acquire other type of effector characteristics, suggesting that differentiation of effector T cells into the different subsets can be a reversible event, and T cells can change their cytokine profile depending on the circumstances (Magombedze et al., 2013, Murphy and Stockinger, 2010, O'Shea and Paul, 2010). It is tempting to speculate that mitochondria signaling and metabolism in response to different circumstances could participate in this functional plasticity.

5.6. Т-клетки памяти нуждаются в митохондриальном метаболизме во время вторичного ответа

Как только эффекторные Т-клетки устраняют антигены, которые инициируют иммунный ответ, Т-клетки подвергаются фазе сокращения, умирая от апоптоза. Среди различных типов Т-клеток выживает только небольшая популяция долгоживущих Т-клеток памяти (Williams and Bevan, 2007). Эти Т-клетки памяти обладают способностью опосредовать иммунитет в ходе реинфекции. В начале фазы памяти происходит ремоделирование митохондриальной ультраструктуры, переходящей от точечных митохондрий к одной удлиненной митохондрии большей массы. Слитые митохондрии нуждаются в действии ремоделирующих белков, таких как митофусин-1, митуфусин-2 и OPA1, чтобы иметь плотные кристы, что позволяет увеличить OXPHOS (Buck et al., 2016, Liesa and Shirihai, 2016). Т-клетки памяти переходят в состояние покоя, которое зависит от ФАО в качестве топлива для OXPHOS (Pearce et al., 2009, van der Windt et al., 2012). Увеличение емкости OXPHOS дает Т-клеткам способность вырабатывать дополнительную энергию в условиях высокого спроса или метаболического стресса, явления, называемого высокой резервной дыхательной способностью (SRC). Повышенный уровень SRC необходим для адаптации памяти Т-лимфоцитов из их нормоксического состояния к гипоксическим ситуациям для защиты организма (Dimeloe et al., 2016). После повторного воздействия известного антигена Т-клетки памяти пролиферируют быстрее, они поддерживают более высокие уровни АТФ и вырабатывают больше цитокинов во время реинфекции (van der Windt et al., 2013).

5.7. Митохондриальная дисфункция: признак истощения Т-клеток

Функциональное истощение антиген-специфических Т-клеток происходит при хронической стимуляции из-за постоянных вирусных инфекций или когда Т-клетки проникают в микроокружение с низким содержанием питательных веществ, такое как опухолевая среда. В этих ситуациях продолжающейся активации TCR и передачи сигналов цитокинов Т-клетки приобретают функциональное состояние с пониженной эффекторной функцией и повышенной экспрессией различных ингибирующих рецепторов, прежде всего PD-1. Метаболическое истощение при хронических вирусных инфекциях, таких как вирус иммунодефицита человека (ВИЧ), вирус гепатита С или вирус лимфоцитарного хориоменингита (LCMV), характеризуется снижением поглощения глюкозы и гликолиза, дисрегуляции митохондриальной энергетики и дыхания, увеличением и деполяризацией митохондрий и увеличением продукции АФК ( Бенгш и др., 2016). Передача сигналов PD-1 способствует этим метаболическим изменениям путем репрессии экспрессии PGC1-α, главного регулятора митохондриального биогенеза (Balmer et al., 2016, Bengsch et al., 2016). Более того, блокада PD-1 может быть использована для оживления истощенных Т-клеток, увеличения поглощения глюкозы и метаболизма митохондрий (Bengsch et al., 2016, Gubin et al., 2014).

Проникающие в опухоль лимфоциты также могут истощаться из-за низкой доступности питательных веществ. В этом микроокружении внутриопухолевые Т-клетки демонстрируют подавленный метаболизм митохондрий и уменьшение митохондриальной массы. Метаболическое перепрограммирование путем принудительной экспрессии PGC1α восстанавливает функцию митохондрий и приводит к усилению противоопухолевых ответов (Balmer et al., 2016, Scharping et al., 2016). В целом, митохондриальная метаболическая способность может быть важным фактором при разработке иммунотерапии для восстановления истощенных Т-клеток при раке или хронических вирусных инфекциях.

5.8. Заключение

Представление о том, что митохондрии являются просто источником энергии клетки, устарело. В настоящее время митохондрии рассматриваются как биоэнергетические, биосинтетические и сигнальные центры, контролирующие множество процессов в клетке. Т-клетки зависят от тонко настроенного ответа митохондрий во время их миграции, активации, пролиферации, дифференцировки, фазы памяти и истощения (рис. 1). Без жесткого контроля над митохондриальным поведением иммунные реакции нарушаются, что приводит к неэффективной защите против инфекции или опухолевых клеток или к дисбалансам в популяции эффекторных Т-клеток, что может вызывать хроническое воспаление или аутоиммунные заболевания (Sukumar et al., 2016).

Десять лет назад было невообразимо, что иммунная функция Т-лимфоцитов зависит от их метаболической конфигурации. Однако недавние исследования показали прямую связь между повышенным гликолизом и большим количеством воспалительных эффекторных Т-клеток, таких как подмножества Th1 и Th17. Мы показали важность митохондрий на всех стадиях ответа Т-клеток и более важные последствия митохондриальных изменений в этих процессах. В настоящее время митохондрии могут рассматриваться как главный регулятор метаболизма Т-клеток, что подразумевает, что, контролируя метаболизм митохондрий, мы можем контролировать судьбу и функцию лимфоцитов. Таким образом, если нам удастся уменьшить гликолитический метаболизм и заставить OXPHOS в Т-клетках, мы можем уменьшить воспаление. Это может быть полезно для лечения аутоиммунных заболеваний, хронического воспаления или любой патологии, которая сопровождается воспалением (Rhoads et al., 2017). Кроме того, восстановление истощенных Т-клеток за счет улучшения метаболической подготовленности является многообещающей терапевтической стратегией при раке или хронических вирусных инфекциях. Мы считаем, что более глубокое изучение последствий митохондрий во время иммунных реакций позволит нам найти новые способы восстановления иммунного гомеостаза и функций, открывая огромные возможности для разработки новых иммунотерапевтических процедур.

5.9. Литература

References

6. Количественной анализ молекул ДНК TREC и KREC помогает определить степень дифференцировки, зрелость и активность T и B лимфоцитов

Первичные иммунодефициты (ПИД), среди которых ярким представителем является тяжелый комбинированный иммунодефицит (ТКИН) и Х-сцепленная агаммаглобулинемия, характеризуются отсутствием функциональных Ти В-лимфоцитов соответственно. Без своевременной ранней диагностики и лечения дети с ПИД страдают от инфекционных заболеваний с тяжелым течением, что приводит к их инвалидизации или смерти. Количественной анализ молекул ДНК TREC и KREC помогает определить степень дифференцировки, зрелость и активность T и B лимфоцитов.

TREC - T-cell receptor excision circles (кольцевые участки, вырезанные из ДНК в Т-лимфоците при его созревании)

--------- --------- --------- --------- ---------

KREC - kappa-deleting recombination excision circle - кольцевые участки ДНК, вырезанные при созревании B-клеток, из локуса, кодирующего каппа-цепь

7. Новый алгоритм выявления врожденных иммунодефицитов