Тимус играет ключевую роль в иммунном ответе организма. Именно здесь созревают Т-лимфоциты или Т-клетки, основной тип клеток иммунной защиты. Различные типы Т-клеток, предназначенные для выполнения определенных задач, возникают из клеток-предшественников, которые мигрируют в тимус из костного мозга. Исследователи из Института иммунологии и эпигенетики Макса Планка во Фрайбурге создали искусственную ткань тимуса у эмбриона мыши, чтобы обеспечить созревание иммунных клеток. В этом процессе они обнаружили, какие сигнальные молекулы контролируют созревание Т-клеток. Их результаты представляют собой первый шаг к созданию искусственных вилочковых желез, которые можно было бы использовать для замены или увеличения поврежденного органа.
В рамках иммунного ответа Т-клетки отвечают за отслеживание и уничтожение злоумышленников и дегенерированных клеток в организме. Их предшественники образуются в костном мозге. Привлеченные химическими сигналами, они мигрируют оттуда в тимус. Этот небольшой орган, расположенный над сердцем, разделен на ниши, которые обеспечивают клеткам условия окружающей среды, необходимые для различных фаз их развития. Там клетки созревают в различные типы Т-клеток, которые в конечном итоге попадают в организм.
Сигнальные вещества, которые активны в различных нишах вилочковой железы, играют решающую роль в созревании клеток-предшественников. Сочетание четырех белков ?? два хемокина Ccl25 и Cxcl12, а также цитокин Scf и лиганд Notch DLL4 ?? определяет, привлекаются ли клетки-предшественники к определенной нише в тимусе и как они там развиваются. Ранее не было известно, какая комбинация факторов отвечает за развитие того или иного типа клеток.
Исследователям из Института Макса Планка во Фрайбурге удалось объяснить механизм контроля. "Развитие клеток-предшественников зависит от удивительно небольшого числа факторов и следует простым правилам," говорит Томас Бём. "Например, всего двух факторов, а именно Cxcl12 и DLL4, достаточно для того, чтобы предшественники Т-клеток завершили половину своего развития. С этого момента требуется всего несколько шагов, пока не образуются два типа зрелых Т-клеток с поверхностными молекулами CD4 и CD8. Раньше предполагалось, что процесс контроля намного сложнее," объясняет ученый.
Чтобы проверить, как различные комбинации четырех генетических факторов влияют на созревание и дифференциацию иммунных клеток, исследователи создали искусственную среду тимуса у эмбриона мыши. Для этого отключили фактор транскрипции Foxn1. Fox1 обеспечивает считывание всех генов в ДНК, кодирующих четыре разных белка. Foxn1, таким образом, является своего рода "общий переключатель" с помощью которого все соответствующие гены могут быть отключены сразу. Создав таким образом нефункциональную ткань тимуса, исследователи затем снова активировали гены индивидуально и в комбинации и наблюдали связанные с этим эффекты на развитие клеток-предшественников.
Интересно, что ученым также удалось привлечь предшественников В-лимфоцитов и тучных клеток в искусственную среду тимуса и позволить им созреть там. Эти два типа иммунных клеток обычно развиваются только в костном мозге. Отключив Notch лиганд DLL4, исследователи также смогли контролировать созревание этих клеток в искусственном тимусе. Это предполагает, что генетические факторы, действующие в костном мозге, аналогичны факторам в тимусе.
"Наши результаты важны не только для понимания фундаментальных иммунологических процессов," говорит Томас Бём. "Они также представляют собой первые вехи в развитии искусственных тимусов. Это означает, что однажды мы сможем помочь пациентам, чей тимус поврежден, например, в результате лечения рака," надеется ученый.