Οι Eπιστήμονες Aποκωδικοποιούν τη «Γλώσσα» των Ανοσοκυττάρων Σχολιάστε

Οι επιστήμονες έχουν εντοπίσει «λέξεις» που χρησιμοποιούν τα ανοσοκύτταρα για να καλέσουν τα ανοσοποιητικά γονίδια άμυνας  και ανακάλυψαν  ότι σε  αυτοάνοση ασθένεια(όπως το σύνδρομο Sjögren) δύο από αυτές τις λέξεις χρησιμοποιούνται λανθασμένα, ενεργοποιώντας λάθος γονίδια προκαλώντας την ασθένεια.

Τα κύτταρα έχουν αναπτύξει έναν κώδικα ανοσοαπόκρισης ή γλώσσα και  εντοπίσθηκαν  κάποιες σημαντικές λέξεις σε αυτήν τη γλώσσα. Είναι τόσο συναρπαστικό όσο όταν οι αρχαιολόγοι ανακάλυψαν την πέτρα Rosetta και θα μπορούσε  να διαβάζει αιγυπτιακά ιερογλυφικά. Τα ανοσοκύτταρα στο σώμα αξιολογούν συνεχώς το περιβάλλον τους και συντονίζουν τις αμυντικές τους λειτουργίες χρησιμοποιώντας λέξεις – ή σηματοδοτώντας κωδικόνια, για να υπαγορεύσουν  στον πυρήνα του κυττάρου ποια γονίδια θα ενεργοποιηθούν  εναντίων   παθογόνων  βακτηριδίων  και ιών. Κάθε κωδικόνιο σηματοδότησης  όταν συνδυάζεται, προκαλεί  γονιδιακή ενεργοποίηση, όπως τα διαδοχικά ηλεκτρικά σήματα μέσω ενός τηλεφωνικού καλωδίου συνδυάζονται για να παράγουν τα λόγια μιας συνομιλίας.

Οι ερευνητές επικεντρώθηκαν σε λέξεις που χρησιμοποιούνται από μακροφάγα, και χρησιμοποιώντας προηγμένες τεχνικές μικροσκοπίας, «άκουσαν» τα μακροφάγα σε υγιή ποντίκια και εντόπισαν ΕΞΙ  συγκεκριμένες λέξεις κωδικόνιων που συσχετίζονταν με απειλές του ανοσοποιητικού. Στη συνέχεια έκαναν το ίδιο με μακροφάγα από ποντίκια με μετάλλαξη παρόμοια του ανθρώπινου  συνδρόμου  Sjögren και βρήκαν ελαττώματα σε δύο από αυτές τις λέξεις.

Τα  μακροφάγα  μπορούν να λειτουργήσουν ως ανοσοποιητικά κύτταρα-φρουροί που ανταποκρίνονται στην εισβολή παθογόνου και τραυματισμό ιστού ξεκινώντας και συντονίζοντας τόσο την τοπική όσο και την ανοσία σε ολόκληρο το σύστημα. Αυτά τα κύτταρα κατανέμονται παντού σε ιστούς και  ανιχνεύουν  φλεγμονώδεις κυτοκίνες και μοριακά μοτίβα που σχετίζονται με παθογόνα (PAMPs), τα οποία υποδηλώνουν ιογενή, βακτηριακή ή μυκητιακή εισβολή. Τα ευρήματα, υποδηλώνουν ότι το Sjögren δεν οφείλεται σε χρόνια φλεγμονή, αλλά σε σύγχυση κωδικονίου-λέξης που οδηγεί σε ακατάλληλη ενεργοποίηση γονιδίων, προκαλώντας στο σώμα να επιτεθεί στον εαυτό του.

Πολλές ασθένειες σχετίζονται με εσφαλμένη επικοινωνία των  κυττάρων , αλλά είναι  πρώτη φορά  αναγνωρίζεται  ότι τα ανοσοκύτταρα χρησιμοποιούν μια γλώσσα, για να εντοπίσουν λέξεις. Η αποτελεσματικότητα των ανοσοκυττάρων  στη δημιουργία μιας απόκρισης, συγκεκριμένης και κατάλληλης για κάθε παθογόνο έγκειται στα «μονοπάτια σηματοδότησης», στα κανάλια επικοινωνίας που συνδέουν τα μόρια των υποδοχέων των ανοσοκυττάρων – που αισθάνονται την παρουσία παθογόνων – με διαφορετικά είδη γονιδίων άμυνας. Ο μεταγραφικός παράγοντας ΝF-κΒ είναι μία από αυτές τις οδούς σηματοδότησης και αναγνωρίζεται ως κεντρικός ρυθμιστής των αποκρίσεων ανοσοκυττάρων σε απειλές παθογόνων και τα μακροφάγα ξεκινούν φλεγμονώδεις αποκρίσεις μέσω του παράγοντα  αυτού. Το χρονικό σχέδιο της δραστηριότητας NF-κB καθορίζει ποια γονίδια εκφράζονται και, επομένως, τον τύπο απόκρισης που ακολουθεί. Οι αμυντικές μονάδες για κάθε ανοσολογική απειλή, πρέπει να κινητοποιούν οι σωστές ομάδες γονιδίων και  αυτό απαιτεί ακριβή και αξιόπιστη επικοινωνία με αυτές τις μονάδες σχετικά με τη φύση της απειλής. Ο NF-κB παρέχει τον κώδικα επικοινωνίας και η κλήση λανθασμένης μονάδας όχι  είναι μόνο αναποτελεσματική αλλά μπορεί να προκαλέσει ζημιά, όπως σε Sjogren και άλλες ασθενειες.

Για τη μελέτη, οι επιστήμονες ανέλυσαν πώς επικοινωνούν περισσότερα από 12.000 κύτταρα ως απάντηση σε 27 καταστάσεις απειλής του ανοσοποιητικού. Με βάση την πιθανή διάταξη της χρονικής δυναμικής NF-κB, δημιούργησαν μια λίστα με περισσότερες από 900 πιθανές “λέξεις” – ανάλογες με όλους τους συνδυασμούς λέξεων τριών γραμμάτων με φωνήεν για το δεύτερο γράμμα. Στη συνέχεια, χρησιμοποιώντας έναν αλγόριθμο που αναπτύχθηκε αρχικά τη δεκαετία του 1940 για τη βιομηχανία τηλεπικοινωνιών, παρακολούθησαν ποιες από τις πιθανές λέξεις έδειχναν να εμφανίζονται όταν τα μακροφάγα ανταποκρίθηκαν σε ένα ερέθισμα, όπως μια ουσία που προέρχεται από παθογόνο. Ανακάλυψαν ότι ΕΞΙ συγκεκριμένα δυναμικά χαρακτηριστικά, ή «λέξεις», συσχετίζονταν συχνότερα με αυτήν την απόκριση.

Η ομάδα στη συνέχεια χρησιμοποίησε έναν αλγόριθμο μηχανικής μάθησης για να μοντελοποιήσει την ανοσοαπόκριση των μακροφάγων. Δίδαξαν έναν υπολογιστή τις ΕΞΙ  λέξεις και  ρώτησαν αν θα μπορούσε να αναγνωρίσει το ερέθισμα όταν τα  μηχανογραφημένα  κύτταρα«μιλούσαν» και επιβεβαίωσε  ότι μπορούσε.  Εξετάζοντας περαιτέρω, εξερεύνησαν τι θα συνέβαινε εάν ο υπολογιστής είχε μόνο πέντε λέξεις διαθέσιμες αντί ΕΞΙ ,διαπίστωσαν ότι  έκανε πολλά  λάθη στην αναγνώριση του ερεθίσματος, πράγμα που σημαίνει  ότι απαιτούνται και οι ΕΞΙ  λέξεις για αξιόπιστη επικοινωνία.

Οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν επίσης λογισμό για να μελετήσουν τις βιοχημικές μοριακές αλληλεπιδράσεις εντός των ανοσοκυττάρων που παράγουν τις λέξεις. Αποκαλύφθηκε  στο περιοδικό Science πώς και γιατί τα Τ Β κύτταρα  ανταποκρίνονται μόνο σε αληθινές απειλές, ενώ σε άλλη  μελέτη που δημοσιεύθηκε στο Cell, βρέθηκε  για πρώτη φορά ότι ήταν δυνατόν να διορθωθεί μια κυτταρική εσφαλμένη επικοινωνία  υποδοχέων με  γονίδια κατά τη διάρκεια της φλεγμονής, χωρίς σοβαρές παρενέργειες.

ΠΗΓΗ: UCLA. Immunity (Cell Press May 2021)