Новое исследование выявило сотни липидных антигенов, которые могут распознаваться Т-клетками адаптивного иммунитета.
Иммунная система отличает собственные клетки организма от чужеродных захватчиков в основном проверяя белки. Клетки расщепляют белки на короткие фрагменты и загружают их в основной комплекс гистосовместимости (MHC), который предоставляет пептиды Т-клеткам для проверки. Используя параллельную стратегию, клетки также могут представлять липиды Т-клеткам с помощью белка, называемого кластером дифференцировки 1 (CD1). Хотя ученые знали о существовании липидных антигенов, большинство исследований в области иммунологии было сосредоточено на белковых антигенах, что оставляет много неясного о роли CD1 и липидов.
В исследовании, длившемся 14 лет, группа иммунологов взяла на себя труд охарактеризовать CD1. Опубликованные в журнале Cell результаты показали, что CD1 может встраиваться в сотни липидов для представления Т-клеткам. "У нас никогда не было такой подробной карты липидома CD1", - говорит Патриция Баррал, иммунолог из Королевского колледжа Лондона, которая не принимала участия в работе. "Это позволит нам начать думать о различных типах липидов, которые могут функционировать как активирующие или ингибирующие липиды, и о том, могут ли они контролировать ответы Т-клеток в различных контекстах".
По словам Бранча Муди, иммунолога из Гарвардского университета и соавтора исследования, иммунологи уже более 40 лет изучают, как Т-клетки реагируют на пептидные антигены, а не на липидные. Аминокислотную последовательность белка легко вывести из последовательности генов, что может быть одной из причин предвзятого отношения к белкам. Липидные структуры выявить сложнее, а прошлые исследования были сосредоточены на отдельных типах CD1, а не на всей совокупности, которая включает четыре различных варианта (от CD1a до CD1d), что затрудняет сравнение. В данном исследовании "у нас были представлены все четыре белка вместе, что позволяет нам выявить закономерности, присущие каждой конкретной изоформе", - пояснил Муди.
Авторы исследовали липиды, которые естественным образом связывают CD1. Ранее для выделения CD1 исследователям приходилось использовать детергент, который растворял клеточную мембрану, но при этом вымывались и липиды. Чтобы не потерять липиды, Муди и его коллеги отказались от детергента и создали секретируемую форму CD1, удалив мембранный участок. Затем они собрали загруженные липиды и с помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии разделили их в зависимости от того, как быстро они проходят через вертикальную колонку под давлением. В зависимости от структуры липида, некоторые из них плохо прилипали к стенкам колонки и быстро проходили через нее, в то время как другие прилипали прочно и проходили позже, позволяя липидам разделиться с течением времени. Затем каждый липид разбивали на фрагменты и пропускали через масс-спектрометр, чтобы определить массу и заряд каждого фрагмента. Из этих данных исследователи собрали воедино структуру и идентичность каждого липида, в результате чего получился длинный список липидов, которые, возможно, влияют на Т-клетки.
Известно лишь небольшое количество липидов, связывающих CD1, но новый липидомический анализ увеличил их число до более чем 1600. Более того, все четыре типа CD1 имели более половины общих липидов, что, по предположению Баррал, может повысить иммунонадзорные возможности Т-клеток. "Даже если это один и тот же липид, он не обязательно одинаково располагается в разных молекулах CD1", - предположила она. "Это повлияет на то, что увидит рецептор Т-клетки".
Команда обнаружила, что разновидности CD1 предпочитали загружать некоторые липиды в зависимости от длины цепи. Например, CD1a предпочитает более короткие цепи (от 38 до 40 углеродов), чем CD1d (от 42 до 46 углеродов). Особый интерес для исследователей представляла молекула CD1b, которая предпочитала короткие липиды с длиной цепи от 30 до 38 углеродов, хотя ее канавка достаточно велика, чтобы вместить вдвое больше. Это позволило команде выдвинуть гипотезу о том, что канавка CD1b может удерживать два коротких липида одновременно. Разработав кристаллическую структуру комплекса CD1b-липид, они обнаружили, что два липида занимают верхнюю и нижнюю части канавки, что позволяет предположить, что только верхний липид контактирует с рецепторами Т-клеток (TCR).
Нижний липид, возможно, служит молекулярным стулом для верхнего и может оставаться на месте, когда короткие липиды обмениваются в верхней части. Муди и его коллеги обнаружили, что CD1b предпочтительнее обменивается с более короткими липидами. "В работе 2001 года мы обнаружили, что очень легко загрузить и показать короткоцепочечные липиды и очень трудно получить длинноцепочечные липиды", - комментирует Муди. "Теперь мы понимаем, почему. Чтобы получить большие липиды внутри CD1, нужно извлечь из него оба носителя, а не только верхний".
Белки обрезаются до коротких, но отчетливых пептидных фрагментов, прежде чем они будут представлены TCR, но загруженные липиды не подвергались заметной обработке. Это неудивительно, поскольку липидные цепи содержат много повторяющихся единиц, которые не будут отличимы, если их обрезать. Кроме того, их трудно переварить клеткам, отмечает Муди. "Химически насыщенные углеводороды необычайно стабильны. Их можно кипятить в кислоте, и они будут в полном порядке".
Эти липидные антигены происходят из человеческих клеток и могут служить для обучения Т-клеток отличать собственные липиды организма от липидов инфекционных микроорганизмов. Муди отмечает, что некоторые из этих липидов могут влиять на иммунный ответ при аутоиммунных заболеваниях или раке. Некоторые липиды могут не играть никакой иммунной роли, а служить в качестве держателей в гидрофобной, водоотталкивающей части канавки до тех пор, пока не будет загружен липидный антиген. Некоторые из наиболее часто загружаемых липидов могут включать в себя, например, производные сфингомиелина и фосфатидилхолина, но команда не смогла найти ни одного доминирующего липида, что означает, что канавку заполняют самые разные липиды.
В будущем исследователи надеются, что их липидомическая стратегия будет использована для изучения того, как клетки презентируют микробные липиды Т-клеткам во время инфекции. CD1 загружает несколько микробных липидов, но этот тип липидомического анализа может выявить гораздо больше. Таргетинг CD1 также может иметь терапевтические преимущества, и исследователи ищут молекулы, которые блокируют CD1 от презентации липидов Т-клеткам, тем самым ослабляя иммунный ответ. Баррал поддерживает эту идею, подчеркивая, что рецепторы CD1 не сильно различаются у людей. "Это может сделать их очень хорошей мишенью для терапевтических вмешательств", - отметила она.
