Telo ima pravu vojsku koja je stalno na oprezu da nas zaštiti od mikroskopskih pretnji od infekcija do raka. Glavna među ovim silama je makrofag, bela krvna zrnca koja nadgleda tkiva i konzumira patogene, ostatke, mrtve ćelije i rak. Makrofagi imaju delikatan zadatak. Ključno je da ignorišu zdrave ćelije dok su u patroli, inače bi mogli da izazovu autoimuni odgovor dok obavljaju svoje dužnosti.
Istraživači sa UC Santa Barbara pokušali su da shvate kako ove imunološke ćelije biraju šta i kada da jedu. Rad objavljen u Developmental Cell opisuje kako je tim programirao makrofage da reaguju na svetlost kako bi istražili kako susreti sa ćelijama raka menjaju apetit makrofaga.
„Otkrili smo da davanje makrofaga predjelo čini ih gladnijima za sledeći obrok“, rekla je viši autor Megan Morisi, docent na Odseku za molekularnu, ćelijsku i razvojnu biologiju.
Rezultati predstavljaju novi način povećanja efikasnosti imunoterapije protiv raka koje koriste makrofage za borbu protiv bolesti. Takođe nudi složeniji prikaz obučenog imuniteta, neku vrstu memorije izložene u urođenom imunološkom sistemu koju su naučnici tek nedavno prepoznali.
Dok nadgledaju telo, makrofagi traže ćelije i ostatke koje su druge imune ćelije označile antitelom IgG. Oni funkcionišu kao signali „pojedi me“ makrofagima, koji ih detektuju preko Fc receptora (FcR) ugrađenih u njihovu ćelijsku membranu. Fc receptori su mobilni i počinju da se grupišu kada ih aktivira IgG. Kada ovo dostigne određeni prag, makrofag proguta metu.
Vodeći autor Annalize Bond, student doktorskih studija u Morisijevoj laboratoriji, razvila je još jedan način za grupisanje FcR-a koji ne zahteva IgG. Uz pomoć profesora UCSB Maksa Vilsona, dizajnirala je sintetički protein koji sadrži deo FcR receptora spojenog sa kriptohromom 2 (CRI2). Ovi proteinski klasteri se spajaju kada se aktiviraju plavim svetlom, omogućavajući Bondu da precizno kontroliše sistem i pokreće FcR po želji.
Trik je odlično funkcionisao. Bond je bio u stanju da koristi svetlost da nagovori makrofage da konzumiraju kuglice silicijum dioksida obložene lipidnom membranom da bi oponašale ćelije raka. Sve bez IgG. Sada su mogli da daju makrofagima „laganu užinu“ da vide kako je to kasnije uticalo na njihove navike u ishrani.
Bond je svetlom stimulisao projektovane makrofage, a zatim je ćelije naterao da čekaju različite vremenske periode. Zatim im je predstavila lažne ćelije raka, ovog puta pokazujući da me IgG antitelo „pojede“.
Grupa aktivirana svetlošću jela je mnogo više nakon simulirane užine od kontrolne grupe, kojoj je nedostajao FcR aktiviran svetlošću. „Opisao sam to kao Gladni gladni nilski konji“, rekao je Bond, „jer oni samo gutaju sve što je tamo“. Aktivacija FcR sa nivoima ispod praga IgG antitela na ćelijama raka takođe je pripremila makrofage za njihov sledeći obrok.
Međutim, sa previše stimulacije, efekat je nestao. „Ako su makrofagi dobili toliko IgG da zapravo jedu, onda to nije bilo predjelo“, objasnio je Morrissei. „To je više ličilo na obrok. Tako da više nisu bili gladni.“
Autori nisu sigurni zašto se makrofagi ponašaju na ovaj način, ali imaju hipotezu. Dok makrofag izviđa oko zdravog tkiva, njegov glavni prioritet je da izbegne izazivanje autoimunosti. Dakle, makrofag postavlja prilično visok prag aktivacije. Sada razmotrite makrofag koji počinje da nailazi na IgG antitela.
„Jednom kada vidite nagoveštaj da nešto nije u redu, sada je vaš glavni prioritet uklanjanje infekcije i bili biste voljni da malo oštetite tkivo ako morate“, rekao je Morisi.
Apetit makrofaga dostigao je vrhunac oko sat vremena nakon inicijalnog pokretača, pre nego što je potonuo, a zatim ponovo porastao tokom dugotrajnog perioda nakon četiri sata. Bond je bio radoznao koji mehanizmi leže u osnovi ovog obrasca. „Jedan sat je prebrz da bi ćelija napravila nove proteine“, rekao je Morisi, tako da se nešto drugo mora dešavati.
Zaista, makrofagi su zadržali svoj kratkoročni prajmer kada je Bond blokirao sintezu proteina, što sugeriše da nešto drugo kontroliše ovaj odgovor. Međutim, onemogućavanje sinteze proteina eliminisalo je dugoročno pojačan apetit ćelija, što ukazuje da se ovo ponašanje oslanja na promene u ekspresiji gena i sintezi proteina.
Uz više testiranja, Bond je otkrio da aktivacija FcR ispod praga izaziva promene u načinu na koji se receptori kreću oko ćelijske membrane. Povećava pokretljivost receptora, omogućavajući im da se lakše agregiraju kada su izloženi IgG u roku od oko sat vremena. U isto vreme, ćelija počinje da reguliše različite gene i proizvodi nove proteine, objašnjavajući dugoročne efekte.
„Ovaj kratkoročni mehanizam je zaista interesantan jer je potpuno drugačiji tip imunološkog pamćenja od onoga što je ranije viđeno“, rekao je Morrissei.
Makrofagi smatraju da su antitela poput IgG neodoljiva; oni će jesti skoro sve što je označeno sa njima, čak i staklene perle koje je Bond koristila u svojim eksperimentima. Kao rezultat toga, monoklonska antitela su postala popularan tretman za različite bolesti. U stvari, antitela se trenutno koriste u mnogim različitim terapijama raka. Bond je uspeo da poveća efikasnost uobičajenog antitela (rituksimab) koje se koristi za lečenje limfoma.
Bondovi i Morisijevi rezultati sugerišu da će višestruke, male doze terapije antitelima biti efikasnije od jedne velike doze, pošto prethodne doze mogu pripremiti ćelije za sledeći tretman. Zaista, onkolozi su otkrili da je to istina kroz pokušaje i greške.
Postoje i druge terapije makrofagima koje bi mogle imati koristi od prethodnog tretmana: izlaganje konstruisanih makrofaga koji se koriste u određenim terapijama IgG pre nego što ih uvede pacijentu kako bi bili pripremljeni da konzumiraju više ćelija raka.
Dugo vremena, biolozi i lekari su mislili da samo adaptivna grana imunog sistema ima bilo kakvu imunološku memoriju. Ali nijansiranija slika je počela da se pojavljuje.
Ovaj eksperiment je pokazao da čak i delovi imunog sistema za koje se obično ne misli da imaju memoriju mogu reagovati na upite. I to sugeriše da je imunološka memorija spektar, sa nekim ćelijama koje reaguju na ovde i sada; drugi pamte infekcije decenijama; a neki, poput makrofaga, padaju između.
Rad takođe predstavlja složeniji prikaz makrofaga, što sugeriše da su oni sofisticiraniji donosioci odluka nego što su naučnici mislili. „Makrofagi treba da razmisle o situaciji u kojoj se nalaze“, rekao je Morrissei. „Da li su u zdravom tkivu i treba da izbegnu autoimunost, ili se bore protiv infekcije i moraju da izađu iz vatrenog oružja?“
Makrofagi zapravo imaju dve verzije Fc receptora: jedna podstiče njihov apetit, dok ga druga inhibira. I oba su pokrenuta IgG. Makrofagi imaju više aktivirajuće verzije, tako da jedan na kraju pobeđuje. Ali nije jasno zašto ćelija ima oboje, a ne samo manji broj aktivirajućih FcR.
To je misterija na kojoj Bond radi na rešavanju. „Sada kada imam ovaj komplet alata za istraživanje apetita makrofaga, zaista sam zainteresovana da razumem kako funkcioniše inhibitorni FcR“, rekla je ona. Tehnika koju je razvila omogućava joj da selektivno pokrene samo jedan FcR, tako da bi mogla samo da izoluje ulogu koju inhibitorni FcR igra u njenom budućem radu.
