Астроциты обладают иммунологической памятью и участвуют в развитии рассеянного склероза

Хотя астроциты и не считаются иммунными клетками, известно, что они участвуют в развитии ряда заболеваний центральной нервной системы (ЦНС), взаимодействуют с резидентными и ассоциированными с воспалением иммунными клетками ЦНС, а также реагируют на цитокины. В ряде исследований были выявлены популяции астроцитов, связанные с различными заболеваниями ЦНС воспалительной природы. Авторы нового исследования, опубликованного в Nature, показали, что существует популяция астроцитов, обладающая иммунологической памятью и участвующая в развитии рассеянного склероза. В качестве мышиной модели рассеянного склероза они использовали экспериментальный аутоиммунный энцефаломиелит (EAE).

Ученые проанализировали, каким образом астроциты отвечают на действие провоспалительных цитокинов (IL-1β и TNF). Одна группа мышей получила однократную стимуляцию, во второй стимуляцию повторили через неделю. Через день после последней стимуляции изменения в экспрессии генов астроцитов отслеживали по РНК, и было показано, что повторная стимуляция астроцитов вызывает более выраженный провоспалительный ответ, чем единичная. Оказалось, что главную роль в ответе астроцитов на провоспалительные цитокины играет транскрипционный фактор NF-κB.

Кроме того, было показано, что в результате стимуляции в астроцитах повышается уровень ацетилирования гистонов, причем при двойной стимуляции главную роль в этом процессе играет гистонацетилтрансфераза p300. При двойной стимуляции повышалась экспрессия провоспалительных генов, таких как Il6, Ccl2 и Nos2, в этом случае гибель соседних нейронов происходила чаще, чем при однократной стимуляции. Более того, двойная стимуляция приводила к резкому снижению уровня лактата, что также указывает на нарушение способности астроцитов обеспечивать метаболические нужды нейронов.

Исследователи предположили, что астроциты могут выдавать более выраженный провоспалительный ответ после второй стимуляции из-за того, что первая стимуляция что-то изменяла внутри них. Однако оставалась возможность того, что при повторной стимуляции активируются те астроциты, которые не были активированы ранее, и за счет этого достигается более выраженный воспалительный ответ.

Чтобы изучить, какие изменения происходят в астроцитах в результате стимуляции цитокинами, авторы работы использовали первичные мышиные астроциты, экспрессирующие зеленый флуоресцентный белок eGFP, сшитый с белком p65, который функционально связан с NF-κB. В этих астроцитах двойная стимуляция приводила к более активной экспрессии p65-eGFP по сравнению с астроцитами после единичной стимуляции. После первой стимуляции с помощью сортера были разделены экспрессирующие и не экспрессирующие eGFP астроциты. По прошествии недели астроциты подверглись повторной стимуляции, и eGFP+ астроциты более активно экспрессировали Il6, Ccl2 и Nos2, уровень активации NF-κB в них также был выше. Таким образом, первичная стимуляция астроцитов приводит к изменениям, которые позволяют им сильнее ответить на повторную стимуляцию.

Дальнейшие исследования подтвердили, что в основе обеспечения иммунологической памяти у астроцитов лежит ремоделирование хроматина, связанное с ацетилированием гистонов посредством гистонацетилтрансферазы p300. Мишенями p300 служат гены, кодирующие компоненты сигнального пути NF-κB, а также гены, связанные с воспалением и метаболизмом. Помимо p300, для обеспечения иммунной памяти нужен фермент АТФ-цитратлиаза (ACLY), который вырабатывает ацетил-КоА, необходимый для ацетилирования гистонов при участии p300. Авторы работы показали, что в отсутствие ACLY и p300 у мышей не развивается EAE, и подавляются патологические процессы, связанные с ним, такие как демиелинизация.

p300 и ACLY находятся внутри клетки, что существенно усложняет изучение ACLY+ p300+ астроцитов. Авторы разработали специальный метод, позволяющий проводить полногеномный транскрипционный анализ этих клеток по мРНК- или ДНК-маркерам. Метод получил название FIND-seq. Применение FIND-seq к астроцитам, экспрессирующим и не экспрессирующим p300 и Acly в разных комбинациях, подтвердил ранее полученные результаты.

Наконец, полученные на EAE выводы были подтверждены анализом 16 276 астроцитов, отобранных у 17 пациентов с рассеянным склерозом и 12 контролей. Авторы обнаружили группу астроцитов, количество которых было выше у пациентов с рассеянным склерозом. Их транскрипционная сигнатура была похожа на ту, что была найдена в мышиных ACLY+ p300+ астроцитах. Таким образом, ферменты p300 и ACLY лежат в основе иммунологической памяти астроцитов, задействованных в развитии рассеянного склероза.

Изменения экспрессии генов в нейронах и астроцитах сходны при шизофрении и старении