August 2, 2016
Această primă hartă detaliată a producției de anticorpi din organism ar putea sugera noi opțiuni de tratament pentru tulburările imunitare.
De Elizabeth Svoboda
Când virusurile și bacteriile invadează organismul, sistemul imunitar ripostează. Apărătorii numiți celule B năvălesc în zonele afectate, dezlănțuind molecule de anticorpi care caută să distrugă invadatorii. Această armată de anticorpi dispune de o serie de clase de specialiști: Unii anticorpi învăluie agenții patogeni invadatori sau îi blochează să pătrundă în celulele sănătoase, în timp ce alți anticorpi creează inflamații care pot accelera procesul de vindecare.
Acum, pentru prima dată, cercetătorii de la Stanford au cartografiat modul în care organismul uman creează anticorpi din fiecare clasă, dezvăluind că un set divers de celule producătoare de anticorpi provine din același tip de strămoș.
Cercetătorii de la Stanford, conduși de profesorul Stephen Quake, au realizat prima hartă detaliată a modului în care organismul uman produce anticorpi defensivi. (Credit imagine: Tricia Seibold)
„Cum producem toți jucătorii care ne protejează?”, s-a întrebat Felix Horns, un student absolvent de biofizică și primul autor al unui articol publicat în revista eLife. „Ceea ce am făcut noi a fost să măsurăm acest lucru.”
Echipa de cercetare formată din opt persoane a fost condusă de consilierul lui Horns, profesorul de bioinginerie de la Stanford Stephen Quake, care crede că crearea unei imagini de ansamblu cuprinzătoare a sistemului natural de apărare al organismului va permite cercetătorilor să dezvolte tratamente noi pentru o varietate de tulburări imunitare.
„Această hartă ne va ajuta să înțelegem ce merge prost în bolile imunitare”, a declarat Quake, care este, de asemenea, profesor de fizică aplicată și cercetător al Institutului Medical Howard Hughes. „Ca rezultat, am putea fi capabili să rezolvăm probleme precum alergiile.”
Construirea unui arbore genealogic al celulelor B
Pentru a-și asambla harta, cercetătorii au extras celulele B din probe de sânge de la 22 de adulți tineri și sănătoși. Folosind o mașină de secvențiere genetică de mare randament, care citește nucleotidele individuale care alcătuiesc codul genetic al unei celule, ei au creat o bibliotecă mare de gene producătoare de anticorpi din toate celulele B din eșantion.
Au urmărit descendența celulelor B prin numărarea numărului de mutații dobândite în genele celulelor, descoperind că celulele din generațiile ulterioare aveau mai multe mutații genetice. Cercetătorii au căutat, de asemenea, dovezi că celulele B au schimbat tipurile de anticorpi pe care le produc. Acest proces de comutare permite sistemului imunitar să își personalizeze răspunsul la amenințările primite.
„Fiecare celulă B începe ca o singură celulă care produce un anumit tip de anticorp”, a spus Horns. „Dacă te protejează, se extinde și creează descendenți.”
Utilizând o varietate de tehnici analitice, cercetătorii au reușit să identifice diferitele clase de anticorpi și să aproximeze prevalența lor.
Circa trei sferturi din celulele analizate de echipă au fost programate să creeze clasa de anticorpi IgM. IgM este „clasa implicită în care se nasc toți anticorpii”, a spus Horns. „Când sunt activate de o provocare imunitară, ele suferă o schimbare de clasă.”
O mare parte din celulele IgM trec la producerea clasei de anticorpi IgG, cei mai importanți luptători împotriva virusurilor din organism. Aceste celule pot da naștere la patru subclase diferite de IgG care au proprietăți antivirale specifice.
O fracțiune mai mică de celule producătoare de IgM trec la crearea de anticorpi IgA, care resping bacteriile invadatoare și, de asemenea, ajută bacteriile „bune” din tractul digestiv să rămână într-un echilibru sănătos.
Cel mai mic număr de celule IgM trec la producerea clasei de anticorpi IgE, care declanșează inflamații în organism și poate crea un răspuns alergic dacă devine prea activ.
Celule de comutare pentru a lupta împotriva bolilor
Cunoștințele lui Horns despre procesul de comutare a claselor ar putea duce la o serie de noi abordări de tratament pentru tulburările imunitare. În afecțiuni rare, cum ar fi sindromul hiper IgM, celulele pacienților nu au capacitatea de a schimba clasele de anticorpi, ceea ce îi face vulnerabili la o mare varietate de infecții. Afecțiuni imunitare mai frecvente pot fi, de asemenea, rezultatul unor defecte de comutare a claselor. Persoanele cu alergii, de exemplu, produc anticorpi IgE specifici alergenului, ceea ce duce la un răspuns imunitar hiperactiv.
Câțiva medici au încercat metode precum „terapia helmintică”, care implică infectarea pacienților cu viermi paraziți care modifică producția de anticorpi a organismului. Horns are în vedere o soluție mai precisă: conceperea de medicamente care să imite moleculele de semnalizare care controlează procesul de comutare a clasei de anticorpi.
„Vă puteți gândi la vierme ca la un instrument foarte contondent”, a spus el, „în timp ce vă puteți imagina folosirea unui medicament de design ca pe un bisturiu.”
Ca următor pas, Horns intenționează să secvențieze genele persoanelor care suferă de tulburări imunitare. Descoperirea modului în care producția lor de anticorpi diferă față de harta sa de referință ar fi un pas esențial pentru a crea terapii medicamentoase care să restabilească un echilibru optim al anticorpilor.
„Să presupunem că am găsit o persoană care nu poate produce un anumit tip de anticorpi sau îl produce la o rată scăzută”, a spus Horns. „Putem convinge celulele B să treacă la anumite clase pentru a remedia deficiența.”
Alți participanți la această cercetare sunt Cornelia Dekker, Sally Mackey și Gary Swan de la Stanford School of Medicine, care au recrutat subiecții studiului și au aranjat colectarea de probe; bioinginerii de la Stanford Christopher Vollmers și Derek Croote; și imunologul de la Stanford Mark Davis.
Titlul complet al lucrării este „Lineage Tracing of Human B Cells Reveals the In Vivo Landscape of Human Antibody Class Switching.”
.