Исследовательская группа из Боннского университета (Германия) обнаружила, что иммунные клетки «вынюхивают» патогенные микроорганизмы с помощью специальных компонентов врожденного иммунитета — так называемых Толл-подобных рецепторов, которые позволяют организму распознавать инфекции и запускать иммунный ответ.
Оптический биосенсор расшифровал сигналы Toll-подобных рецепторов / © Nature Communications (2024)
Толл-подобные рецепторы — это особый класс клеточных рецепторов, которые распознают эволюционно консервативные (то есть слабо меняющиеся при случайных мутациях) структуры микроорганизмов и активируют клеточный иммунный ответ на них.
Интересно, что работают эти рецепторы подобно обонятельным — активируются при получении определенного тревожного сигнала, «вынюхивая» бактерии: сигнал запускает внутри клеток серию реакций, таких как фагоцитоз (процесс активации клеток иммунной системы, которые поглощают чужеродные организмы, вирусы и бактерии), в то время как другие иммунные клетки вызывают «подкрепление», подавая специальные сигналы, и тем самым провоцируют воспаление.
Существует несколько групп Толл-подобных рецепторов, каждая из которых реагирует на разные «запахи» (молекулы, которые в процессе эволюции превратились в важные сигналы тревоги). Ранее сказать наверняка, какие именно реакции возникают при обнаружении сигнала, ученые не могли. Дело в том, что разные молекулы могут стимулировать один и тот же Толл-подобный рецептор, вызывая разные реакции, а традиционный метод исследований занимал много времени и требовал флуоресцентной маркировки.
По этой причине авторы научной работы, представленной в журнале Nature Communications, разработали и применили биосенсорный метод, который позволяет в реальном времени отслеживать активацию Толл-подобных рецепторов в естественной среде, без использования флуоресцентных меток. С его помощью можно увидеть изменения в форме клеток, когда они вступают в контакт с липополисахаридами сигнальных молекул. Напомним, липополисахарид — это основной компонент наружного слоя внешней мембраны таких грамотрицательных бактерий, как Escherichia coli и Salmonella typhimurium.
Для этого ученые поместили ячейки с образцами на прозрачную пластину со специальным покрытием, а снизу направили на них широкополосный источник света. В результате изменений (при контакте Toлл-подобных рецепторов с липополисахаридами кишечной палочки и сальмонеллы) определенные длины волн света отражались на покрытии — в зависимости от процессов внутри ячейки.
Таким образом, научная группа продемонстрировала, что структурные изменения внутри клеток проявляются всего через несколько минут после добавления сигнальной молекулы. Хотя оба компонента стимулировали один и тот же Толл-подобный рецептор, их отраженный спектр различался.
«Это означает, что один и тот же рецептор активируется разными молекулами по-разному и затем вызывает специфические реакции в зависимости от сигнала», — заключили авторы научной работы.
Их метод позволяет подробно объяснить принцип работы Толл-подобных рецепторов и может привести к разработке новых терапевтических препаратов, способных усилить иммунный ответ для лечения таких воспалительных и аутоиммунных заболеваний, как сепсис, ревматоидный артрит, болезнь Альцгеймера и некоторые виды рака.
