Столетиями тимус рассматривался как рудиментарный орган и его роль в дифференцировке Т-клеток была предположена только в 1960s. Недавние исследования определили тимус как важный орган с уникальной ролью в программировании центральной иммунологической аутотолерантности. Базовым механизмом, участвующим в этой функции является транскрипция эпителием тимуса генов, кодирующих предшественников neuroendocrine-related и tissue-restricted аутологичных пептидов. Их преобразование приводит к презентации собственных антигенов с помощью аппарата major histocompatibility complex (MHC), экспрессируемого эпителием тимуса и дендритными клетками. Уже во время плодной жизни эта презентация способствует негативному отбору T лимфоцитов, обладающих рецепторами с высоким сродством к MHC/self-peptide комплексам. Главным образом после рождения эта презентация также управляет генерацией регуляторных T клеток, специфичных к этим комплексам. Многочисленные исследования, а также идентификация Aire и Fezf2 генов, показали, что дефекты тимуса играют критическую роль в возникновении аутоиммунитета. Открытие центрального tolerogenic действия тимуса революционизировало всю область иммунологии, и это проложило пути к терапии против аутоиммунитета.

Thymus Ontogeny and Development

J. J. Munoz, A. G. Zapata
Thymus Transcriptome and Cell Biology pp 19-34

Тимус является первоначально лимфоидным органом, состоящим из 3D эпителиальной сети, которая создает специальные микроусловия, в которые заселяются лимфоидные предшественники, подвергаясь здесь фенотипическому и функциональному созреванию. Во время самых ранних ступеней органогенеза тимуса, происходит спецификация фарингеальной энтодермы в судьбу тимуса независимо от экспрессии транскрипционного фактора Foxn1, который, однако, управляет более поздним органогенезом тимуса вместе колонизацией лимфоидных клеток. Здесь рассматриваются данные, описывающие раннее развитие тимуса и его сходство с развитием эпителиальных органов, происходящих из энтодермы, базирующемся на тубулогенезе и морфогенезе ветвления, а также на молекулах, как известно, участвующих в этих процессах.

The Ins and Outs of Thymic Epithelial Cell Differentiation and Function

Minoru Matsumoto, Pedro M. Rodrigues,Laura Sousa, et al.
Thymus Transcriptome and Cell Biology pp 35-65

Тимус - орган, предназначенный для генерации Т клеток, которые являются ключевыми эффекторными клетками в иммунной очистке от патогенов и опухолей. Однако, T клетки могут также реагировать на наши собственные ткани или превращаться в раковые клетки, такие как в случае аутоиммунитета и лейкемии, соотв. Следовательно, развитие и отбор Т клеток является тонко регулируемым процессом, который происходит внутри индуктивных микроусловий тимуса, создаваемых cortical (c) и medullary (m) thymic epithelial cells (TECs). Здесь суммируются наши современные знания о молекулярных принципах, лежащих в основе развития и диверсификации компартментов TEC и подчеркиваются их специализированные роли на специфических стадиях развития Т клеток. Знания в этой области являются фундаментальными и имеют клиническое значение для понимания того, как иммунная система достигает равновесия между иммунитетом и индукцией толерантности.

T-Cell Development: From T-Lineage Specification to Intrathymic Maturation

Kogulan Yoganathan, Edward L. Y. Chen, Jastaranpreet Singh, et al.
Thymus Transcriptome and Cell Biology pp 67-115

Развитие T клеток происходит в тимусе у мышей и людей. После проникновения в тимус происходящие из костного мозга blood-borne предшественники получают инструктивные сигналы, включая передачу сигналов Notch, чтобы погасить их потенциал развития в альтернативные иммунные клоны, когда происходит детерминация судьбы T клеток. После детерминации Т клона, развивающиеся Т клетки получают дальнейшие инструктивные сигналы генерировать разные T-клеточные субклоны, которые вместе обеспечивают разнообразные иммунологические функции, чтобы создать иммунитет хозяина. Многочисленные исследования внесли огромный вклад в наше понимание ключевых тимусных сигналов, управляющих дифференцировкой Т клеток и субнабором новых ступеней развития. В обзоре рассмотрены критические сигнальные факторы, управляющие разными стадиями развития Т клеток мышей и людей, а также изменения транскрипции, которые обеспечивают качественные характеристики и различия Т клеток.

Intrathymic Cell Migration: Implications in Thymocyte Development and T-Cell Repertoire Formation

Daniella Areas Mendes-da-Cruz, Carolina Valenca Messias, Julia Pereira Lemos, et al.
Thymus Transcriptome and Cell Biology pp 117-148

Во время развития Т клеток внутри тимуса дифференцирующиеся тимоциты мигрируют через определенные компартменты тимуса, взаимодействуя с кортикальными и медуллярными микроусловиями долей тимуса. Эта миграция в основном регулируется с помощью адегзивных молекул (включая лиганды и рецепторы внеклеточного матрикса), а также с помощью растворимых факторов, таких как хемокины, которые также являются критическими для дифференцировки тимоцитов. События миграции, контролируемые с помощью этих молекул, связаны со вступлением происходящих из костного мозга лимфоидных предшественников, миграцией внутри тимуса и эмиграцией зрелых тимоцитов. Важно, что миграция развивающихся Т клеток может также влиять на процессы позитивного и негативного отбора, что существенно для избегания генерации аутореактивных Т клеток. Здесь мы сконцентрировались на ключевых молекулах, участвующих в миграции тимоцитов, и на том, как паттерны их экспрессии возможно влияют на развитие и репертуар формирования Т клеток.

Thymic Crosstalk: An Overview of the Complex Cellular Interactions That Control the Establishment of T-Cell Tolerance

Magali Irla
Thymus Transcriptome and Cell Biology pp 149=167

Тимус обеспечивает генерацию self-tolerant репертуара Т клеток, способных распознавать чужеродные антигены. Отбор репертуара Т клеток диктуется микроокружением в тимусе. Среди стромальных клеток medullary thymic epithelial cells (mTECs) играют жизненно важную роль в процессах, благодаря своей уникальной способности экспрессировать тысячи ткане-специфических аутоантигенов. В свою очередь, развивающиеся Т клетки контролируют пул и созревание mTECs. Этот феномен двунаправленных взаимодействий между TECs и тимоцитами обозначается как тимусные взаимодействия (crosstalk). Здесь обсуждается открытие взаимных влияний (crosstalk) внутри тимуса и наше современное понимание двунаправленных взаимодействий между mTECs и тимоцитами. Рассматриваются также успехи, указывающие на то. что взаимные влияния внутри тимуса не ограничены TECs и тимоцитами, но также существуют между TECs и дендритными клетками, а также между B клетками и тимоцитами. Этот комплекс клеточных взаимодействий важен для эффективного отбора Т клеток.

The Autoimmune Regulator (AIRE) Gene, the Master Activator of Self-Antigen Expression in the Thymus

Matthieu Giraud, Part Peterson
Thymus Transcriptome and Cell Biology pp 169-189

Прошло 20 лет с момента открытия гена AIRE. Он является причинным геном редкого и угрожающего жизни аутоиммунного заболевания с тяжелыми проявлениями в разнообразных органах. С момента идентификации и позиционного клонирования AIRE's благодаря многочисленным исследованиям была установлена ключевая информация о роли AIRE и его способе действия. Стало ясно, что AIRE уникально индуцирует экспрессию тысяч ткане-специфических аутоантигенов в тимусе. Эти аутоантигены презентируются развивающимся Т клеткам, приводя в результате к делеции само-реактивных и к генерации регуляторных Т клеток, с целью становления и поддержания иммунологической толерантности.

Aire Mutations and Autoimmune Diseases

Anette S. B. Wolff, Bergithe E. Oftedal
Thymus Transcriptome and Cell Biology pp 191-214

Ген autoimmune regulator (AIRE) является критическим для возникновения нормальной центральной иммунологической толерантности и для предупреждения аутоиммунитета. Здесь рассматривается вопрос, как мутации в AIRE вызывают редкое аутосомно рецессивное заболевание, autoimmune polyendocrine syndrome type 1 (APS-1). Пациенты с APS-1 обнаруживают разнообразные эндокринные и эктодермальные проявления, среди которых большинство пациентов имеет, по крайней мере, два из трех основных компонентов недостаточности коры надпочечников (Addison's disease), hypoparathyroidism и chronic mucocutaneous candidiasis. Мы рассматривали, как вызывающие болезнь мутации, обнаруживаемые в AIRE, оказываются важными для выявления функциональных свойств белка AIRE и его доменов. Интересно, что субнабор специфических, гетерозиготных AIRE мутаций вызывает обычно орган-специфический аутоиммунитет со склонностью к пернициозной анемии и vitiligo. Множественные одиночные и семейные случаи с гетерозиготными мутациями в первом plant homeodomain (PHD1) цинкового пальчика характеризуются доминантным наследованием, поздним проявлением, с более умеренным фенотипом и пониженной пенетрантностью по сравнению с классической APS-1, вызываемой рецессивными мутациями в гене. Обсуждается вопрос, как AIRE участвует в др. более распространенных аутоиммунных болезнях и рассматривается в этой связи дозовая реакция AIRE. Появление легкого и дешёвого экзом- и геном-секвенирования позволит выявить полное участие AIRE в более распространенных аутоиммунных болезнях. Имеющиеся доказательства ясно указывают, что роль AIRE's в широко распространенных аутоиммунных болезнях ещё тольк предстоит доказать.

The Thymus as a Mirror of the Body's Gene Expression

Geraldo A. Passos, Adriana B. Genari, Amanda F. Assis, et al.
Thymus Transcriptome and Cell Biology pp 215-234

Тимус является сложным органом, формируемом разными типами клеток, которые обнаруживают тесные взаимодействия. Роль, выполняемая стромой тимуса очень интересна, не только как соединительная ткань, но и как поддерживающая структура. Стромальные thymic epithelial cells (TECs), устанавливают физические и функциональные взаимодействия с развивающимися тимоцитами, являющиеся кульминацией уникальной функции этого органа, индукцией центральной толерантности. Роль, выполняемая mTECs, заслуживает внимания. Транскриптом клеток mTEC также очень сложен. Эти клетки экспрессируют почти весь функциональный геном, не меняя своих морфологических и функциональных свойств. Среди тысяч экспрессируемых мРНК определенный набор кодирует вместе все периферические тканевые антигены (PTAs), которые представляют разные ткани и органы тела. Следствием эктопических белков, транслируемых с этих мРНК в тимусе является иммунологическая и ассоциированная с self-non-self дискриминация и индукция центральной толерантности. Благодаря широкому разнообразию PTAs, этот процесс назван promiscuous gene expression (PGE), чей контроль осуществляется совместно с помощью транскрипционных факторов, аутоиммунного регулятора (human AIRE/murine Aire), модулятора транскрипции и forebrain-expressed zinc finger 2 (FEZF2/Fezf2). Следовательно, этот молекулярно-генетический процесс тесно связан с элиминацией аутореактивных тимоцитов в тимусе посредством негативного отбора. Здесь мы рассматриваем PGE в mTECs и её иммунологическое значение, роль генов Aire и Fezf2, влияние Aire на экспрессию miRNAs в mTECs, их влияние на PGE и манипуляции с экспрессией Aire или с помощью siRNA или с помощью геномного редактирования с использованием системы Crispr-Cas9.

Functional Genomics of the Infant Human Thymus: AIRE and Minipuberty

Carlos Alberto Moreira-Filho, Silvia Yumi Bando, Fernanda Bernardi Bertonha, et al.
Thymus Transcriptome and Cell Biology pp 235-245

Половой диморфизм в иммунной системе хорошо известен у людей и он соответствует половым различиям в ответ на собственные и чужеродные антигены. В самом деле, женщины обычно обнаруживают более сильные иммунные реакции на инфекции и вакцинации, но и обладают более высокой чувствительностью к аутоиммунным болезням, чем мужчины (Klein and Flanagan 2016). Относительно аутоиммунных болезней, поразительно, что 80% пациентов аутоиммунными болезнями являются женщины (Rubtsova et al. 2015). Аутоиммунитет возникает из-за нарушений толерантности и в основном затрагивает тимус, место отбора Т клеток (Cheng and Anderson 2018). Отбор Т клеток зависит от эктопической транскрипции в тимусе тысяч генов, кодирующих ткане-специфические антигены, которые индуцируются с помощью регулятора аутоиммунитета гена AIRE (Passos et al. 2018; Perniola 2018). Несмотря на нашу неполноту знаний о биологических процессах, ответственных за аутоиммунитет, разумно предположить, что половые гормоны действуют на геномные механизмы, управляющие функцией AIRE. Важным экспериментальным подтверждением этого предположения стала работа Dumont-Lagace' et al. (2015), которые показали, что мышиная модель, в которой половые гормоны оказывают всепроникающие эффекты на TEC-антигены презентирующие клетки, которые регулируют репертуар T клеток и толерантность и что андрогены оказывают более сильное влияние на транскриптом TEC, чем эстрогены. В данном исследовании авт. наблюдали, что половые стероиды репрессируют экспрессию ткане-специфических антигенов, но не меняют экспрессию Aire. Сразу после этой работы, Dragin et al. (2016) продемонстрировали, что эстрогены обусловливают подавление AIRE в ткани тимуса у достигших половой зрелости и взрослых, показывая тем самым снижение экспрессии белка AIRE у женщин может быть связано с с чувствительностью к аутоиммунитету. Однако, это исследование не касалось детей первых 6 мес., т.e. minipuberty (Kuiri-Hänninen et al. 2014), период, когда половые гормоны безусловно действуют на ткань тимуса.

Thymus Transcriptome of TGF-β Superfamily

Arnon Dias Jurberg, Vinicius Cotta-de-Almeida
Thymus Transcriptome and Cell Biology pp 247-254

Члены сверхсемейства TGF-β осуществляют плейотропные действия в тимусе, которые в конечном итоге вызывают гомеостаз эпителиальных клеток и собственно созревание многих субнаборов Т клеток. Здесь проведен второго уровня анализ транскриптома тимуса, чтобы подчеркнуть ключевые факторы и функциональные доказательства, которые могут быть использованы для проведения медицинских вмешательств по восстановлению продукции специфических типов Т клеток.

Development of Thymic Regulatory T Lymphocytes

Larissa Vasconcelos-Fontes,Rafaella Ferreira-Reis, Joao Ramalho Ortigao-Farias, et al.
Thymus Transcriptome and Cell Biology pp 255-272

Иммунная система здорового организма д. поддерживать баланс между способностью отвечать на инфекционные агенты и опухолевые клетки и в то же самое время поддерживать аутотолерантность. С этой целью иммунная система д. быть способной ограничивать чужеродные антигены, останавливать иммунную реакцию после разрешения проблемы м блокировать аутореактивные иммунные клетки, которые избежали негативную селекцию. Для поддержания гомеостаза и периферической толерантности группа T лимфоцитов, наз. регуляторными T (Treg) клетками, продуцируется из CD4⁺ T клеток в тимусе или на периферии, где они приобретают способность контролировать иммунную реакцию. Здесь рассматривается развитие Treg клеток внутри тимуса, детализируются их маркеры и используемые факторы, включая Foxp3 и др. недавно открытые транскрипционные факторы, а также некоторые некодирующие РНК. Обсуждаются нарушения, ассоциированные с дефицитом Treg клеток и модуляции Treg клеток тимуса для лечения болезней.

Adding Insult to Injury: Improving the Regenerative Capacity of the Aged Thymus Following Clinically Induced Damage

Jarrod Dudakov, Michael L. Hun, Kahlia Wong, et al.
Thymus Transcriptome and Cell Biology pp 273-294

Развитие Т клеток в тимусе нуждается в постоянных взаимодействиях между развивающимися тимоцитами и окружающими резидентными стромальными клетками (TSCs). Эти функциональные, происходящие не из гематопоэтических клеток являются преимущественно эпителиального происхождения и составляют 1% от общего количества клеток в тимусе. Функция тимуса и продуцируемые нативные Т клетки являются оптимальными у людей во время первых лет жизни, но снижаются резко после первых лет жизни и далее после начала половозрелости, при этом прогрессивно сокращается функциональная ткань тимуса. Потеря тимусом TECs в конечном итоге приводит к изменению микросреды, которая затрагивает нормальное развитие Т клеток, снижая продукцию нативных Т клеток и внося вклад в общее снижение иммунной функции. Др. внешние факторы, которые усиливают эффекты инволюции тимуса включают уменьшающие количества клеток conditioning режимы в контексте лечения рака и трансплантаций гематопоэтических стволовых клеток (HSCT). В этих сценариях пожилые пациенты неспособны к полному иммунному восстановлению. В случает таких осложнений мы описываем различные пре-клинические подходы, которые могут приводить к потенциально новым стратегиям лечения для восстановления функции тимуса и что более важно для обеспечиваемого Т клетками иммунитета, вследствие клинически вызванных нарушений (Fig. 13.1).

Thymus Rejuvenation After Autologous Hematopoietic Stem Cell Transplantation in Patients with Autoimmune Diseases

Joao R. Lima-Junior,Lucas C. M. Arruda, Maria Carolina de Oliveira, et al.
Thymus Transcriptome and Cell Biology pp 295-309

Трансплантации аутологических гематопоэтических стволовых клеток (AHSCT) оказались важным терапевтическим подходом для пациентов с аутоиммунными болезнями (AD) , устойчивых к обычному лечению. Такая терапия способна вызывать долговременную ремиссию у большинства пациентов без использования в дальнейшем иммуно-подавляющих медикаментов. Высокие дозы иммунной супрессии истощают аутореактивные T и B клетки и новая иммунная система возникает снова из введенных гематопоэтических стволовых клеток, с помощью механизма, наз. "immune resetting". Омоложение тимуса играет критическую роль в иммунном восстановлении и оздоровлении аутотолерантности пациентов с AD, после лечения с помощью AHSCT. В самом деле, недавние тимусные эмигранты способствуют возобновлению разнообразия TCR, что связано с благоприятными клиническими исходами. Однако, в целом треть пациентов подвергается реактивации болезни после AHSCT, а используемые механизмы этго всё ещё до конца неясны. Поэтому дополнительные исследования д. улучшить наше понимание иммунных механизмов, используемых при AHSCT для лечения AD и выявить биомаркеры исходов после трансплантации.