Новая модель предскажет иммунный ответ на множественные микробные сигналы

Иммунная система эволюционировала с задачей отвечать на большое количество комплексных стимулов одновременно. Это свойство позволяет ей защищать нас от многообразия патогенов, обитающих в окружающей среде, но оно же и затрудняет искусственную стимуляцию сигнальных путей иммунитета в терапевтических или иных целях. Группа ученых из США и Германии разработала новый способ предсказания эффекта комплексного сигнала на иммунную систему.

Ученые выбрали для анализа семь микробных лигандов, распознающихся иммунной системой как молекулярные сигналы патогенов. Далее культура дендритных клеток (DC), полученных из костного мозга мышей, инкубировалась в присутствии куриного овальбумина с лигандами или без них в течении шести часов. После это DC отмывали и культивировали с трансгенными CD4+ T-лимфоцитами. Для оценки уровня активации DC измеряли пролиферацию лимфоцитов.

Таким методом ученые изучили эффект семи одиночных лигандов, а также составленных из них пар (21 шт.) и триплетов (35 шт.). Эффект лигандов при объединении их в группы оценивали по индексу пролиферации лимфоцитов. Этот индекс отражает изменение уровня пролиферации при применении комбинации лигандов по сравнению с применением их по отдельности. Значения индекса около нуля свидетельствовали об отсутствии взаимодействий между лигандами, положительные — о взаимной амплификации эффекта, отрицательные — об ингибировании. Ученые выяснили, что эффект триплетов представляет собой логическую комбинацию эффектов пар патогенов (один из лигандов общий в двух парах). Так, объединение пар, имеющих средний амплифицирующий эффект, дает триплет с сильно выраженной амплификацией свойств. Объединение же пар антагонистических молекул с амплифицирующими, ведет к получению значений индекса, близких к 0.

Для проверки этой модели, ученые использовали формулу Вика, позволяющую предсказывать эффект событий высокого порядка. Эта формула применяется, например, для предсказания эффекта комбинации антибиотиков на культуру бактерий. Сравнивая результаты, полученные экспериментально, со значениями, предсказанными расчетами, авторы выяснили, что данные об эффекте отдельных микробных лигандов и их пар позволяют корректно предсказать эффект триплета, составленного их этих лигандов.

Анализ экспрессии генов в DC показал, что объединение лигандов в пары ведет к повышению количества активных генов по сравнению с применением их по отдельности. При этом объединение их в триплеты, в большинстве случаев, не увеличивает количества экспрессирующихся генов. Такой же эффект наблюдался и при анализе доступности хроматина и секреции отдельных белков. Это может говорить о том, что триплеты несут относительно мало новой информации, по сравнению со своими составляющими.

Для проверки теории in vivo ученые вводили мышам с меланомой дендритные клетки, стимулированные ex vivo различными триплетами лигандов. 4 из 12 проанализированных триплетов привели к значительному снижению роста меланомы. Далее измерялась продукция цитокинов в лимфатических узлах мышей. Авторы обнаружили, что уровень интерлейкина 17А (IL-17A) показывает наиболее сильную обратную корреляцию с размером опухоли. Это позволяет использовать его для оценки противоракового эффекта вакцины. Затем ученые показали, что уровень IL-17A при использовании триплетов может быть точно предсказан на основе данных, полученных для пар и одиночных лигандов.

В целом, исследование расширяет представления о логике работы сигнальных путей иммунной системы. Полученные данные могут в дальнейшем облегчить разработку вакцин за счет снижения количества экспериментов, необходимых для предсказания их эффекта.