Saradnja koju su predvodili UCLA i Istraživački institut za decu u Sijetlu donela je nova saznanja o genima odgovornim za proizvodnju i oslobađanje imunoglobulina G, najčešćeg tipa antitela u ljudskom telu.
Ovo otkriće ima potencijal da unapredi proizvodnju terapija zasnovanih na antitelima za bolesti kao što su rak i artritis, kao i razvoj medicinskih tretmana koji se oslanjaju na proizvodnju antitela.
Antitela su grupa proteina koji su ključni za imuni sistem. Imunoglobulin G, ili IgG, skladišti uspomene na prošle infekcije i označava opasne mikrobe koje će imune ćelije eliminisati. IgG majki je takođe od vitalnog značaja za imunološku odbranu njihove novorođenčadi.
Naučnici su decenijama znali da populacija belih krvnih zrnaca, koja se nazivaju plazma B ćelije, stvaraju IgG. Plazma B ćelije su visoko efikasne, proizvode više od 10.000 IgG molekula svake sekunde. Ali molekularni mehanizmi koji omogućavaju plazma ćelijama da luče antitela u krvotok još uvek nisu u potpunosti shvaćeni.
Da bi saznali više o tim mehanizmima, istraživači su izvršili analizu koja nikada ranije nije rađena: uhvatili su hiljade pojedinačnih B ćelija plazme, kao i njihove pojedinačne sekrecije, a zatim povezali količinu proteina koja je svaka pojedinačna ćelija oslobodila u atlas. mapiranje desetina hiljada gena izraženih u toj istoj ćeliji.
Da bi sakupili ćelije i njihove izlučevine, istraživači su koristili mikroskopske posude za hidrogel u obliku posude zvane nanovijale, koje su razvijene u prethodnim istraživanjima UCLA.
Njihova analiza je otkrila da su geni uključeni u proizvodnju energije i eliminisanje abnormalnih proteina čak važniji za visoko lučenje IgG od gena koji sadrže uputstva za pravljenje samog antitela. Takođe su otkrili da je prisustvo CD59, gena koji ranije nije bio povezan sa lučenjem IgG, bolji prediktor plazma ćelija visoke proizvodnje nego drugi genetski markeri koji su već povezani sa ovim tipom ćelija.
„Ovi procesi u ćelijama su poput montažne trake za pravljenje proteina, i postoji mnogo mesta na kojima možete videti uska grla“, rekao je Dino Di Karlo, Armond i Elena Hairapetian profesor inženjerstva i medicine na UCLA Samueli School of Engineering i ko-korespondent autor studije. „Stvari moraju da se kreću glatko i sinhronizovano kroz ćeliju. Ako ćelija proizvodi mnogo proteina, koristi mnogo energije i potreban joj je način da ispravi proteine koji su zabrljani.“
Studija je objavljena u časopisu Nature Communications. Di Karlo, koji je takođe član Kalifornijskog instituta za nanosisteme na UCLA i UCLA Jonsson Comprehensive Cancer Center, rekao je da bi nalazi mogli ne samo da unaprede fundamentalna razumevanja biologije, već bi mogli imati i primenu u biomedicini.
Na primer, proizvođači lekova mogu da koriste znanje o tome koji su geni povezani sa većom sekrecijom antitela za projektovanje ćelija koje luče velike količine antitela. To znanje bi se takođe moglo primeniti na strategiju u nastajanju koja uvodi projektovane ćelije direktno u tela pacijenata, kao što su potencijalne ćelijske terapije koje razvija imunolog sa Univerziteta u Vašingtonu Ričard Džejms, ko-korespondentni autor rada.
Novi način na koji su nanovijali i standardna laboratorijska postavka korišćeni u studiji takođe otvara nove mogućnosti za razumevanje kako se uputstva sadržana u DNK prevode u ponašanje ćelija.
Svaki nanovijal sadrži molekule prilagođene da se vežu sa proteinima na površini ćelija koje istraživači istražuju, što omogućava nanovijalu da uhvati jednu po jednu ćeliju. Jednom kada je ta ćelija imobilisana i zaštićena unutar nanovijalne „posude“, njeni sekreti se takođe akumuliraju i vezuju se za specifična antitela koja su konstruisana da ih zahvate.
U studiji, istraživači su zarobili desetine hiljada plazma ćelija, zajedno sa IgG koje su oslobodili, u nanovijalima prečnika oko jedne trećine debljine lista papira. Nanovijale su zatim propuštene kroz instrument za analizu RNK za glasnike svake ćelije, ili iRNK.
Svaka ćelija u telu pojedinca nosi isti nacrt napisan u DNK. Dakle, naučnici otkrivaju koji su geni aktivni gledajući mRNK, koja prevodi te instrukcije tako da svaka ćelija može da izgradi proteine koji su specifični za njene funkcije.
„U svakoj ćeliji postoji više slojeva informacija“, rekao je Di Karlo. „U mogućnosti smo da povežemo poslednji sloj – količinu proteina koji se zapravo izlučuje i koji imaju jasnu funkciju u celom telu – nazad sa fundamentalnijim slojem genetskog koda. Trenutno ne postoji nijedna druga tehnika koja bi to mogla da uradi. imamo ovakav pristup, meni je najinteresantnije koje pitanje da postavim sledeće“.
U budućim studijama, istraživači se nadaju da će identifikovati sve gene koji utiču na proizvodnju i lučenje IgG plazma ćelija.
