Составлена первая полная карта взаимодействий человеческих лейкоцитов

При иммунном ответе лейкоциты перемещаются между кровью и лимфатическими узлами, пролиферируют, дифференцируются и мигрируют в ткани для участия в защитных реакциях. Все эти процессы зависят от коммуникации между клетками, то есть от обмена молекулярными сигналами через специфические рецепторы, экспрессируемые на клетках-мишенях. До недавнего времени у ученых была только фрагментарная карта связей между различными типами иммунных клеток в организме. В результате многолетних исследований ученые из Великобритании и Швейцарии создали первую полную карту связей между иммунными клетками человека. Для этого они использовали новый высокопроизводительный метод скрининга поверхностных рецепторов.

На основании результатов предыдущих исследований авторы сформировали библиотеку из 630 белков, которая включала полные эктодомены мембранных белков, а также все белки с номером CD, которые были совместимы с платформой рекомбинантной экспрессии в клетках HEK293. В дизайне каждой экспрессионной конструкции был предусмотрен биотин-акцепторный сайт.

Для того, чтобы провести столь большое исследование, авторы разработали новый метод — масштабируемый скрининг мультивалентных внеклеточных взаимодействий (scalable arrayed multi-valent extracellular interaction screen, SAVEXIS). Принцип метода схож с иммуноферментным анализом. Биотинилированные рекомбинантные мембранные белки наносились на подложку планшета со стрептавидином (становясь «приманкой»), затем в лунку добавляли другой белок («жертву»), связанную через биотин со стрептавидиновой меткой. Эта метка была конъюгирована с HRP (пероксидазой хрена). Для мягкого блокирования любых незанятых участков связывания биотина в буфер вносили дестиобиотин. Образование комплекса «приманка-жертва» определяли методом спектрофотометрии, когда после серии отмывок буфером от несвязанных белков пероксидаза окисляла субстрат до окрашенной формы в смеси. Ученые протестировали все возможные пары белков в обеих ролях: «приманки» и «жертвы».

В результате скрининга ученые зафиксировали большинство ранее описанных взаимодействий рецепторных белков, а также 28 новых. При анализе большой выборки иммунных рецепторов выяснилось, что 57% пар являются уникальными; это характерно для белков, играющих сигнальные роли. В то же время интегрины и другие молекулы клеточной адгезии образуют много связей.

Новые взаимодействия белков проверили и подтвердили с помощью поверхностного плазмонного резонанса. Объединив результаты с литературными данными по протеомике, кинетике связывания и параметрам клеток, авторы построили математическую модель, показывающую вероятность связывания между двумя типами иммунных клеток в зависимости от рецепторов. Несмотря на простоту, модель достаточно хорошо соответствует эмпирическим измерениям. Также на основании транскриптомных данных авторы подтвердили, что в воспаленном состоянии у лейкоцитов преобладают межклеточные взаимодействия с высокой аффинностью связывания, что может быть ассоциировано с необходимостью в быстрой реакции на угрозу.

Авторы также составили атлас межклеточных взаимодействий иммунных клеток. С его помощью они обнаружили, что клетки миелоидного происхождения действуют как концентраторы в нескольких сетях межклеточного взаимодействия, несмотря на то, что экспрессируют такое же количество поверхностных лигандов, что и другие типы клеток.

Поверхностные клеточные белки часто служат мишенью для лекарственных препаратов. Чтобы проверить, можно ли использовать модель для разработки терапии, исследователи провели эксперименты на изолированных иммунных клетках человека. Их инкубировали с рекомбинантными белками из сформированной библиотеки. При этом ученые наблюдали разнообразные реакции, в том числе активацию Т-клеток малоизученным белком TNFRSF21, а также активацию естественных киллеров белками адгезии CHL1 и CD320. В целом, несмотря на некоторые проблемы с точностью, модель имеет хороший предсказательный потенциал.