Повышенная температура приводит к повреждению ДНК и гибели некоторых популяций Т-клеток

Повышение температуры тела — признак воспалительных процессов, протекающих местно или системно, и оно влияет на сигнальные, метаболические и стрессовые пути. Однако до сих пор остается неясным, как на лихорадку реагируют собственно иммунные клетки. Ученые из Медицинского центра Университета Вандербильта опубликовали результаты исследования, в котором показывают, что повышенная температура существенно влияет на активность и жизнеспособность Т-клеток — ключевых участников адаптивного иммунного ответа.

Исследователи культивировали наивные CD4+ Т-клетки мышей при гомеостатической температуре 37 °С или при фебрильной температуре 39 °С. Чтобы получить активированные Т-хелперы (Th0), первичные Т-клетки культивировали с иммобилизованными антителами к CD3 и CD28. Часть этих клеток затем дифференцировали в различные подмножества CD4+ Т-клеток: Т-хелперы 1 (Th1), Т-хелперы 17 (Th17) и индуцибельные регуляторные Т-клетки (iT-reg), культивируя их с различными цитокинами и антителами.

Фебрильная температура приводила к усилению эффекторных и снижению ингибиторных функций Т-клеток — то есть реакция клеточного иммунитета усиливается и понижается активность регуляторных Т-клеток, сдерживающих иммунный ответ. При этом CD4+ Т-клетки адаптируются к повышению температуры и стремятся поддерживать определенный уровень продукции АТФ, однако не все субпопуляции делают это одинаково эффективно. Наиболее уязвимыми оказались Th1-клетки, в которых по сравнению с другими клетками чаще развивалась митохондриальная дисфункция. Авторы отмечают, что это было неожиданным, потому что эти клетки играют важную роль в реакции на вирусные инфекции, при которых часто повышается температура.

Разные субпопуляции Т-клеток используют различные метаболические пути при повышении температуры. Например, Th17-клетки становятся более зависимыми от глутаминолиза, а клетки iT-reg — от гликолиза. Добавление ингибиторов глутамина и глюкозы соответственно снижало их жизнеспособность.

Оказалось, что повышение температуры вызывает митохондриальный стресс в Т-клетках, нарушая транспорт электронов через мембрану, от которого зависит продукция энергии. При этом клетки задействовали компенсаторные механизмы: для Th1-клеток было более характерно увеличение количества митохондрий, а в клетках iT-reg при повышении температуры происходило образование крист внутри митохондрий.

На фоне повышенной температуры в митохондриях вырабатывался супероксид (одна из митохондриальных активных форм кислорода, АФК), особенно в Th1 клетках. Увеличивалась также концентрация цитоплазматических АФК. Повышенные митохондриальная масса и концентрации АФК сохранялись на протяжении нескольких дней, что говорит о достаточно длительной дисфункции.

Активные формы кислорода вызывают двухцепочечные разрывы ДНК, что сопровождается появлением фосфорилированного белка H2AX (γH2AX) — в Th0 и Th1 клетках его количество нарастало особенно заметно. Также температура увеличивала количество белка теплового шока HSP70 в этих типах клеток и снизила их жизнеспособность

Для исследования молекулярных механизмов гибели клеток при повышении температуры ученые провели скрининг активированных клеток Th1 — с помощью CRISPR-редактирования создали линии с нокаутами 53 генов, связанных с клеточной гибелью. Выяснилось, что важную роль в реакции на температуру играет путь p53. В клетках Th0 и Th1, но не в Th17 и iT-reg при 39°C происходит фосфорилирование (то есть активация) p53. Именно этот путь снижает эффекторную функцию Th1 клеток и вызывает их гибель, видимо, чтобы предотвратить накопление клеток с мутациями при повышенных температурах.

Кроме того, в клетках Th1 активировался сигнальный путь cGAS-STING — часть системы врожденного иммунитета, запускающая синтез интерферонов I типа и провоспалительных цитокинов. Активация STING усиливала клеточный стресс, что также снижало жизнеспособность Т-клеток.

Однако погибает только часть клеток Th1, а остальные адаптируются и становятся более устойчивыми к стрессу, в частности, за счет увеличения митохондриальной массы. «Проходит волна стресса, и некоторые клетки гибнут, но те, которые адаптируются и выживают, лучше их — они больше размножаются и вырабатывают больше цитокинов», — говорит руководитель исследования Джеффри Ратмелл.

Ученые также исследовали митохондриальный транспорт электронов в T-хелперах при повышенной температуре. Оказалось, что клеточный стресс и повышение уровня АФК вызваны дисфункцией цепи переноса электронов (ETC) — системы трансмембранных белков и переносчиков электронов, локализованной на внутренней мембране митохондрий эукариот. Отдельные компоненты ETC могут оставаться стабильными даже при повышенных температурах, как и сами митохондрии, но мультибелковый комплекс I ЕTC (ETC1, NADH-дегидрогеназный комплекс) весьма чувствителен к теплу.

Таким образом, резкое повышение температуры до 39 °С оказывает мутагенное действие, поскольку вызывает митохондриальный стресс и рост концентраций активных форм кислорода. Исследования гипертермического стресса при таких аутоиммунных заболеваниях, как болезнь Крона и ревматоидный артрит, тоже показывают, что хроническое повышение температуры, вызванное воспалением, является фактором повышенного риска повреждения ДНК и Т-клеток на фоне окислительного стресса. Полученные данные согласуются и с результатами исследований, согласно которым хронические воспалительные состояния повышают риск развития рака.

«Меня спрашивают: “Температура — это хорошо или плохо?” — говорит Джефри Ратмелл. — Короткий ответ: небольшая температура — это хорошо, но высокая температура — это плохо. Мы уже знали это, но теперь у нас есть механизм, объясняющий, почему это плохо».

Пониженная температура подавляет рост опухоли у мышей