Полный интерактивный атлас иммунной системы: революция в изучении межклеточных взаимодействий

Ученые из Великобритании и Швейцарии составили интерактивный электронный атлас, в котором представлены все взаимодействия между клетками иммунной системы, опосредованных их рецепторными и секретируемыми молекулами. Данный атлас размещен на веб-сайте Института Сенгера, а научная статья, рассказывающая о разработке, опубликована в журнале Nature.

Уникальность иммунной системы заключается в том, что она отличается от других систем организма отсутствием прямой физической связи между клетками и отсутствием общей межклеточной среды. Большая часть иммунных клеток является подвижными и распределена по всему организму. Для эффективного функционирования иммунной системы необходима слаженная работа клеток, которая достигается благодаря сложной системе поверхностных рецепторов и их лигандов. В связи с этим изучение иммунитета в целом представляло собой сложную задачу.

С развитием протеомных методов исследования научные группы активно накапливали данные о различных аспектах молекулярных взаимодействий в иммунной системе. Однако необходимо было систематизировать и каталогизировать эти знания. В 2017 году немецкие и нидерландские исследователи опубликовали результаты картирования интерактома хемокинов. Тем не менее, эти исследования фокусировались главным образом на выделенных сигнальных молекулах, и взаимодействия между мембранными белками на поверхности клеток были недостаточно исследованы.

Сотрудники Института Сенгера и Швейцарской высшей технической школы Цюриха под руководством Гэвина Райта (Gavin Wright) разработали систему под названием SAVEXIS (масштабируемый мультивалентный скрининг внеклеточных взаимодействий). С помощью этой системы была оценена каждая возможная связь между 630 мембранными белками иммунных клеток методом "приманка-добыча". Для этого на поверхности микротитровальной подложки были закреплены белки-"приманки", которые привлекали полимеризованные белки-"добычи", связывающиеся с ними. После завершения цикла эти белки меняли местами.

Принцип действия SAVEXIS

Каждое взаимодействие было независимо подтверждено на трансгенных человеческих иммунных клетках с измерением их биофизических характеристик. Результаты исследования были интегрированы с данными об экспрессии белков взаимодействий и использованы для создания математической модели, способной предсказывать межклеточные взаимодействия.

Подтверждение и определение биофизических параметров межклеточных взаимодействий

В результате была создана полная база данных взаимодействий между клетками иммунной системы, которая представлена в виде интерактивного атласа. Атлас отображает эти взаимодействия на клеточном и молекулярном уровнях в различных органах и тканях. Кроме того, данные представлены в виде диаграмм Circos.

Пример суммы межклеточных взаимодействий

Пример взаимодействий на клеточном уровне

Пример взаимодействий на молекулярном уровне

Пример диаграммы Circos

В завершение исследователи провели целенаправленную стимуляцию белков и использовали мультиплексную высокосодержательную микроскопию, разработанную швейцарскими учеными, для определения функциональной роли обнаруженных межклеточных взаимодействий и оценки их потенциального клинического значения.

Идентификация функций рецепторных белков

Авторы работы считают, что их исследование является полным систематическим охватом межклеточных связей в человеческом иммунитете, позволяющим исследовать функционирование иммунной системы в целом, а также выяснить роль отдельных рецепторов.

Полученные результаты станут универсальным инструментом для фундаментальных исследований и поиска мишеней терапевтических воздействий, особенно в области онкологии и аутоиммунных заболеваний.

По материалу