Биологи открыли новый механизм активации Т-киллеров при ответе на опухолевые клетки

При иммунном ответе на раковые клетки Т-киллеры активируются по принципиально иному механизму, чем при ответе на инфекционные агенты. К такому выводу пришли американские биологи, проанализировав развитие Т клеток в лимфоузлах, находящихся рядом с опухолями. Они обнаружили, что, в отличие от классического механизма активации, противораковые Т-киллеры не приобретают эффекторный фенотип в лимфоузлах, а лишь проходят в них первичную активацию. После такой первичной активации они мигрируют в опухоль, где, получив костимуляторный сигнал, дифференцируются в эффекторные клетки.

Надзор за появлением раковых образований в организме и борьба с ними — одна из основных функций иммунной системы. Для выполнения этой задачи иммунной системе необходимо с высокой точностью распознавать раковые клетки и затем сразу же уничтожать их.

Основную роль в этих процессах играют CD8+ Т-лимфоциты или, как их еще принято называть, Т-киллеры. Их основная задача — распознав патологическое состояние клетки (будь то вследствие вирусной инфекции или раковой трансформации) уничтожить ее, запустив в этой клетке апоптоз — один из механизмов клеточной гибели.

Т-клеточный ответ у человека развивается по общему принципу: наивные Т-лифоциты активируются в лимфоузлах (или других вторичных лимфоидных органах), приобретают зрелый эффекторный фенотип, проходят множество раундов клеточных делений и затем мигрируют в место инфекции — или опухоли — где они уничтожают инфицированные или раковые клетки.

Для полноценной активации в лимфоузле наивному Т-лимфоциту необходимо получить три активационных сигнала. Первый сигнал — антиген, представленный на молекуле МНС; второй сигнал — костимуляторные белки, экспрессированные на антиген-презентирующих клетках; третий сигнал — различные активаторные цитокины. Только получив все три сигнала, наивный лимфоцит дифференцируется в эффекторный и начинает синтезировать цитотоксические молекулы и другие белки, необходимые для его работы. Пройдя дифференцировку и покинув лимфоузел, эффекторный Т-лимфоцит больше не нуждается в дополнительных сигналах — ему достаточно встретить свой антиген на поверхности клетки, чтобы убить ее.

Такой механизм активации долгое время считали общим и для иммунного ответа на инфекционные агенты (такие, как вирусы или бактерии), и для ответа на раковые клетки. Однако недавно ученые столкнулись с явлением, не укладывающимся в данную модель — они стали обнаруживать внутри опухолей CD8+ Т-клетки с не-цитотоксическим фенотипом, напоминающими скорее стволовые клетки, чем эффекторные Т-киллеры. Ученые обнаружили, что такие клетки проходят первичную активацию и множество раундов клеточных делений, однако эффекторный фенотип зрелых Т-киллеров не приобретают.

Разобраться с этой проблемой взялась группа ученых под руководством Натальи Прохневской (Nataliya Prokhnevska) из университета Эмори в Атланте, США. Они обнаружили, что наивные опухоль-специфические лимфоциты проходят первичную активацию и множество раундов деления в лимфоузлах — но эффекторный фенотип приобретают только после миграции в опухоль и в окружениии раковых клеток.

Для того чтобы исследовать изменение фенотипа Т-лимфоцитов при ответе на раковые клетки, ученые использовали мышиную модель. Для эксперимента использовались две группы мышей: группа мышей, больных раком (одним из двух разных модельных вариантов опухоли — B16-GP и TRAMPC1-GP) и контрольная группа мышей, зараженная вирусом лимфоцитарного хориоменингита. Ученые вводили всем мышам Т-лимфоциты с известной противовирусной или противоопухолевой специфичностью и с белковым маркером, облегчающим дальнейшую экспериментальную работу с ними (CTV). Таким образом, исследователи получили возможность сравнивать иммунный ответ на раковые клетки и на клетки, зараженные вирусом.

Первым делом исследователи сравнили паттерны экспрессии генов у разных групп мышей. Анализ показал, что вирус-специфические лимфоциты приобрели эффекторный фенотип сразу же после попадания в лимфоузел. Ученые отметили высокий уровень экспрессии гена Ifng (кодирующего провоспалительный и противовирусный цитокин IFNγ), гена Tnf (кодирующего провоспалительный цитокин TNF-α) и гена Gzmb (кодирующего один из множества цитотоксических белков гранзимов).

Напротив, лимфоциты, выделенные из лимфоузлов мышей, больных раком, экспрессировали эти гены в значительно меньшей степени. Кроме того, ученые отметили высокий уровень экспрессии генов, характерных для недифференцированных лимфоцитов, таких как Tcf7 и Bach2.

Затем ученые проанализировали изменение фенотипа Т-лимфоцитов у мышей, больных раком, с течением времени. В лимфоузлах, окружающих опухоль, детектировались наивные лимфоциты на протяжении всего эксперимента. На четвертый день после введения лимфоцитов активированные (но не дифференцированные) Т-лимфоциты обнаружились в опухоли. В период между пятым и десятым днем Т-лимфоциты начали дифференцироваться в эффекторные Т-киллеры. Эти результаты показывают, что дифференцировка в эффекторные клетки происходит в опухоли, а не в лимфоузлах.

Полученные учеными результаты указывали на то, что внутри опухоли должна существовать среда, способствующая дифференцировке лимфоцитов. Исследователи предположили, что такую среду создают антиген-презентирующие клетки, экспрессирующие на своей поверхности костимуляторные молекулы, которые являются сигналом для дифференцировки Т-лимфоцитов.

Чтобы проверить эту гипотезу, ученые проанализировали состав антиген-презентирующих клеток в лимфоузлах, окружающих опухоль, и в самой опухоли. Они не отметили значительной разницы в представленности каких-либо типов клеток.

Однако, проанализировав экспрессию костимуляторных молекул CD80 и CD86 на поверхности дендритных клеток — являющихся главными антиген-презентирующими клетками организма — ученые выявили значительную разницу. В дендритных клетках из опухоли экспрессия молекул CD80 и CD86 была значительно выше, чем в дендритных клетках лимфоузлов.

Чтобы подтвердить значимость этого явления при дифференцировке Т-лимфоцитов, ученые заблокировали экспрессию генов CD80 и CD86 в опухолевых дендритных клетках. Результаты эксперимента показали, что концентрация активных лимфоцитов в опухоли заметно уменьшилась (оценка проводилась по уровню экспрессии генов, кодирующих гранзимы). Тем самым ученые установили, что костимуляторные молекулы играют важнейшую роль при дифференцировке Т-лимфоцитов внутри опухолей.

Таким образом, ученым удалось описать принципиально новый механизм активации Т-лимфоцитов. В отличие от классической модели, при которой активация Т-клеток полностью проходит в лимфоузлах, опухоль-специфические Т-клетки мигрируют в опухоль и только там приобретают эффекторный фенотип, получив костимуляторный сигнал от дендритных клеток.

Статья опубликована в журнале Immunity
Источник: Фёдор Поляков nplus1.ru