Вилочковая железа является важнейшим органом иммунной системы. В тимусе созревают хорошо известные Т-клетки: как клетки-киллеры они распознают и уничтожают инфицированные вирусом или злокачественные клетки, а как так называемые вспомогательные Т-клетки помогают организму в образовании антител. В последние десятилетия исследовательская группа Томаса Бема из Института иммунобиологии и эпигенетики Макса Планка во Фрайбурге определила генетические переключатели, необходимые для созревания Т-клеток в тимусе.
Существенным компонентом этого процесса являются так называемые эпителиальные клетки тимуса, которые привлекают предшественников Т-клеток и вызывают их созревание в полностью функциональные Т-клетки. Во время этого развития Т-клетки получают указание отличать больные клетки от здоровых и чужеродный материал от собственных клеток организма, что позволяет им обнаруживать и устранять нежелательные структуры и предотвращать аутоиммунные заболевания. Более ранняя работа в лаборатории Бёма показала, что два основных типа эпителия тимуса возникают из бипотентных клеток -предшественников . Однако было неясно, существует ли более одного типа предшественников, и было неизвестно, на сколько подформ дифференцируются предшественники.
Молекулярный генеалогический анализ идентифицирует клетки-предшественники
В сотрудничестве с лабораторией Доминика Грюн (ранее в MPI иммунобиологии и эпигенетики во Фрайбурге, ныне Исследовательская группа Макса Планка в Университете Вюрцбурга), специалиста по анализу одноклеточной РНК, исследователям удалось описать неожиданное явление. разнообразие эпителиальных клеток тимуса на транскрипционном уровне. Алгоритмы, разработанные в лаборатории Грюн для точного описания различий в генной активности отдельных клеток, позволили идентифицировать потенциальные клетки-предшественники. На втором этапе исследователи экспериментально проверили предсказания, используя систему «штрих-кодирования», разработанную в лаборатории Томаса Бема с помощью редактирования генов CRISPR. Метод штрихового кодирования позволяет присвоить клеткам-предшественникам молекулярную подпись, который затем переносится всеми клетками, возникающими из предшественников. Таким образом, исследователи вывели генеалогическое древо эпителиальных клеток.
После длительного периода разработки метода, который был отмечен многими неудачами, Аня Нуссер из лаборатории Бёма и Сагар из лаборатории Грюн совместно разработали метод, который связывает информацию из филогенетического дерева с молекулярными характеристиками отдельных клеток. В результате впервые стало возможным изучить развитие эпителия тимуса в разном возрасте с мельчайшими молекулярными подробностями. Этот вид анализа представляет особый интерес для иммунологов, так как вилочковая железа в течение жизни подвержена значительным изменениям. Быстрый рост органов и массивная продукция Т-клеток характерны для ранних стадий развития. Напротив, в пожилом возрасте происходит постепенная потеря функциональных эпителиальных клеток тимуса и, следовательно, снижение продукции Т-клеток.
Последовательная активность клеток-предшественников определяет состав тимуса.
В своем анализе исследователи идентифицировали две популяции бипотентных предшественников эпителия тимуса. «Ранняя» популяция предшественников берет на себя основную роль в формировании тимуса во время эмбрионального развития. Находясь в ювенильном организме, последующая «постнатальная» популяция предшественников в значительной степени определяет продолжение формирования тимуса во взрослом возрасте. Интересно, что временной порядок популяций предшественников модулирует состав эпителия тимуса.
В ранние сроки формируются в основном кортикальные эпителиальные клетки тимуса, которые в первую очередь вносят вклад в продукцию Т-клеток. В более поздние моменты времени первичным выходом являются эпителиальные клетки медуллярного тимуса. Они гарантируют, что никакие аутореактивные Т-клетки не высвобождаются из тимуса в организм и, таким образом, вносят значительный вклад в защиту от аутоиммунитета. Новые терапевтические подходы к увеличению функции тимуса
Сложная комбинация моделей трансгенных животных из лаборатории Бема с современными методами профилирования отдельных клеток группы Грюн позволила исследователям изучить эффект увеличения пролиферации эпителиальных клеток тимуса. Было особенно важно определить, приводит ли ранняя стимуляция тимуса специальным фактором роста к нежелательно более быстрому потреблению стволовых клеток и, таким образом, к преждевременному уменьшению тимуса. Однако данные, полученные исследователями, говорят о том, что это не так.
«Стимулированный тимус старой мыши все еще больше, чем у нестимулированной молодой мыши. Более того, тонкая структура ткани стимулированного тимуса показывает типичную структуру корковых зон и мозговых областей внутри органа», — говорит директор Max Planck Томас Бём. . Эти результаты закладывают основу для разработки новых терапевтических подходов к коррекции возрастной усадки тимуса и лечению Т-клеточно-зависимых аутоиммунных заболеваний.
