Посещений: 
Иммунологические Синапсы
|
|
Lee, K.-H. et al. T cell signaling precedes immunological synapse formation. Science 295, 1539-1542 (2002) | NIH
FURTHER READING
Bromley, S. K. et al. The immunological synapse. Annu. Rev. Immunol. 19, 375-396 (2001) | PubMed | |
Считается, что передача сигналов в T клетках, и, следовательно, активация Т-клеток является следствием образования иммунологических синапсов — в которых T клетки контактируют с antigen-presenting cell (APC) — которая служит, чтобы сформировать кластеры T-cell receptors (TCRs). Однако, Andrey Shaw's группа установила, что TCR-опосредованная передача сигналов происходит еще до формирования зрелых синапсов.
Shaw и др. попытались определить, где происходит взаимодействие между TCRs и антигенным major histocompatibility complex (MHC)–peptide complexes APC. TCRs клеток, которые были исследованы после короткого spinning time (2–15 мин), были обнаружены по краям синапсов, но позднее (спустя 15 мин) оказывались в центре. Спустя 1 ч TCRs в синапсах не обнаруживались. Изменения в паттерне окраски на integrin LFA-1 подтверждают, что синапсы прогрессируют от незрелого (15 мин) до зрелого (30 мин) состояния во время этой процедуры.
Итак, если TCRs исчезают из зрелых синапсовЮ что же происходит с TCR-опосредованной передачей сигналов? Определяли локализацию активного Lck и ZAP-70 (zeta-chain-associated protein kinase, 70 kDa) — двух тирозин киназ, которые являются критическими для передачи сигналов — в конъюгировавших клетках. Результаты показывают, что фосфорилированные Lck и ZAP-70 обнаруживаются только по краям незрелых синапсов и не выявляются в зрелых, это указывает на то, что TCR-опосредованная передача сигналов происходит до того как сформируются зрелые синапсы.
Чтобы посмотреть, могут ли naive T клетки эффективно активироваться с помощью этой очень кратковременной передачи TCR-опосредованных сигналов, T клетки, которым позволяли конъюгировать с APCs для определения продолжительности, показали, что необходимо взаимодействие с APCs минимум в течение 2 ч. Это противоречит ранее полученным результатам, согласно которым только продолжительный период передачи сигналов TCR (более 20 ч) м. активировать Т клетки. Что происходит в период после завершения передачи сигналов TCR, но прежде, чем Т клетки будут детерминированы к делению, пока неясно, но возможно в это время вовлечение др. сигнальных путей.
|
Первичные реснички присутствуют в большинстве клеток эукариот, где они функционируют как сенсорные органеллы, передавая информацию от внешней среды в клетку. Реснички собираются благодаря intraflagellar transport (IFT) — процесса, осуществляемого с помощью мультимерных IFT частиц и молекулярных моторов. Finetti et al. выявили неожиданную роль IFT в клетках, лишенных ресничек, показав, что IFT является частью пути мембранного трафика, который обеспечивает передачу сигналов в иммунных синапсах — платформе, которая интегрирует, тонко управляет и завершает передачу сигналов.
Когда нативные T клетки наталкиваются на антиген-презентирующие клетки (APCs), то молекулы мембраны и цитозоля перестраиваются в области контакта T cell–APC, чтобы сформировать иммунные синапсы. Во время этого процесса microtubule organizing centre (MTOC) и Golgi переориентируются в направлении APC, чтобы гарантировать целенаправленную доставку сигнальных молекул, таких как комплекс T cell receptor (TCR)–CD3 (который состоит из 4-х цепочек) из внутриклеточного пула в иммунные синапсы.
Finetti et al. наблюдали, что IFT20 (компонент IFT , который важен для сборки ресничек) колокализуется с MTOC и Golgi в лимфоидных и миэлоидных клетках, которые лишены первичных ресничек. Ясно, что IFT20 образует кластеры с TCR в иммунных синапсах одновременно с переориентацией MTOC и Golgiи он ассоциирует с zeta- и alt epsilon-цепочками CD3 в ответ на привлечение TCR.
Чтобы изучить потенциальную роль IFT20 в образовании иммунных синапсов, авт. вызывали нокдаун IFT20 за счет RNA interference в T клетках. Иммуноокрашивание CD3zeta и CD3alt epsilon показало, что нокдаун IFT20нарушает образование кластеров TCR–CD3 в иммунных синапсах. Более того, активация protein tyrosine kinase и позитивная регуляция маркера активации поверхности CD69, которая происходит в ответ на привлечение TCR, редуцируются в IFT20-knockdown клетках. Эти результаты указывают на то, что IFT20 контролирует степень и продолжительность передачи сигналов TCR в иммунных синапсах.
TCR–CD3 сборка начинается в эндоплазматическом ретикулеме и завершается в Golgi,откуда она перемещается на клеточную поверхность посредством канонического маршрута экзоцитоза. Комплекс затем подвергается нескольким раундам рециклинга, прежде чем будет отплавлен на деградацию. Авт. наблюдали, что меньше CD3 экспрессируется на поверхности IFT20-knockdown клеток, по сравнению с контрольными клетками, даже если тотальные уровни CD3 были сходны, это подтверждает роль IFT20 в доставке TCR–CD3 на мембраны. В самом деле, при мониторинге восстановления CD3 на клеточной поверхности после обработки phorbol эфирами, которые стимулируют TCR–CD3 рециклинг, было установлено, что этот процесс нарушен в IFT20-knockdown клетках. Итак, IFT20 is необязателен для интернализации TCR–CD3, но необходим для обратного рециклинга TCR–CD3 на клеточную поверхность. Очевидно, что др. компоненты IFT также экспрессируются T клетками и участвуют в активации Т клеток в виде комплекса с IFT20.
Эти важные находки указывают на то, что IFT белки могут участвовать во внутриклеточном мембранном трафике во всех эукариотических клетках. Т.к. дефекты IFT частиц, ассоциированные с различными болезнями человека, приписываются нарушениям образования ресничек, поэтому важно исследовать их роль в переносе внутриклеточных белков при этих патологиях.
|
Система 3-D, fluorescence video-microscopy позволяет Mark Davis of Stanford University подсчитывать количество антигеновых рецепторов в данной стимулированной Т клетке и следить за клеткой в течение времени. Что такое чувствительнось Т клеток к антигену?
Синапсы Davis обозначает как immunological synapse, с помощью которых Т клетки получают свои маршрутные листы (marching orders); жизненно необходимо понять, как приходит в движение иммунный ответ. "Мы склонные рассматривать иммунологические синапсы как головной мозг," говорит цитолог Abraham (Avi) Kupfer. "Они скорее всего являются контролирующим центром процесса активации."
SIMPLICITY ITSELF
В своем простейшем воплощении, immunological synapse (IS) состоят из двух пар молекул. Michael Dustin с коллегами из Washington University позволили свободно диффундировать MHC-пептиду (major histocompatability complex class II plus bound peptide) с ICAM-1 (intracellular adhesion molecule-1) в искусственном липидном двуслое. Путем добавления Т клеток исследователи индуцировали T-cell antigen receptor (TCR) и lymphocyte function-associated antigen-1 (LFA-1), чтобы сформировать "kind of a bull's-eye-like pattern".
Присутствие этих молекул достаточно, чтобы сфоримровать этот паттерн. Но кто знает, что происходит in vivo: "Возможно, что происходит значительно больше взаимодействий." Фактически, Web сайт Washington University's Synapse Group (now outdated) содержит список более 20 молекул, которые участвуют в IS.
1 Многие являются белками, связанными с мембранами, такие как TCR и MHC, у T клеток и antigen presenting cells (APCs). Др. являются цитоплазматическими белками. Некоторые обнаруживаются в пузырьках или ассоциированы с цитоскелетом.
GIVE IT A SMAC Kupfer обозначает bull's-eye structure как "supramolecular activation cluster," или SMAC. Его центр назван cSMAC; окружающее кольцо - pSMAC.
2 Это не статические, а высоко динамичные структуры. Их состав меняется высоко организованным четырехмерным способом - а, именно, в протсранстве и времени. Одним из наиболее драматических изменений, которые происходят внутри первого получаса контакта, является "очень динамическая инверсия с движением TCRs к центру, с образованием этого кольца адгезивных молекул."
"Мы были удивлены, обнаружив, что TCR стартует во внешнее кольцо, т.к. в оригинальной работе Kupfer's, в которой использовали смесь Т клеток и APCs, TCR оказывался в центре IS's. Простейшим способом объяснить эту инверсию является предположение, что TCR сначала ангажирует MHC-пептид на периферии незрелых синапсов, а затем перемещается в центр. Davis, Shaw, Dustin и Washington University's Paul Allen предложили модель, соогласно которой инициальное взаимодействие LFA-1/ICAM-1 замедляет Т клетки достаточно долго, чтобы TCR успели собрать MHC-пептиды. Если они распознают свой коренной (cognate) антиген, то TCR д. передать сигнал Т клетке остановиться и затем сам перемещается в направлении синаптического центра.
Каждая Т клетка обладает одиночной TCR специфичностью, которая и используется для распознавания специфического антигена. Однажды задействовав TCR Т клетка д. определить наилучший способ действия. Этот процесс нуждается в сложном наборе сигналов (передающих, напр., информацию о природе, многочисленности и распределении болезнетворных бактерий), передаваемых вперед и назад, создающих то, что Davis назвал диалогом между этими клетками. "It actually helps the cells to decide, early on ... whether they should mount a productive response, or abort, or even commit suicide by apoptosis," говорит Kupfer says, указывая, что не каждое столкновение будет приводить к продуктинвому ответу.
|
Courtesy of Darrell Irvine |
  |
 SAV-VY CONJUGATES: Ribbon diagram based on crystal structures of phycoerythrin (PE) conjugated to streptavidin (SAv). The SAv-PE conjugate is shown in a possible binding conformation; SAv has recognized the biotin group on a peptide in the cleft of the major histocompatibility complex (MHC). The T-cell receptor ligating the peptide-MHC complex is shown at top right. 
|
|
SIGNAL FIRST, SYNAPSE LATER Группы Dustin, Allen, и Shaw показали, что передача сигналов через TCR действительно предшествует формированию IS.
4 Согласно Kupfer's зрелые синапсы появляются, когда передача сигналов через TCR, по-видиому, прекращается. "Образованный центральный кластер из TCR, возникший при формировании иммунологического синапса, не функционирует для инициации или поддержания передачи сигналов TCR". Это согласуется с ролью иммунологических синапсов в активации Т клеток.
Одна из возможностей, которую они не защищали, "что эта вещь м. действовать подобно прокладке," отмечает Dustin. "Это создает молекулярную основу для идеи ... что материалы секретируются или высвобождаются Т клеткой в соединение." (Эта концепция повторяет исходную аналогию с нейральным синапсом. В конце 1980s, Kupfer и др. показали, что Т клетки м. переориентировать свою секреторную кухню (machinery) в направлении своей мишени и м. секретировать растворимые пузырьки в соединение между ей и APC, такие как B клетки. Но, Kupfer подчеркивал "Направленная секреция действительно имеет место несколько часов спустя после инициации контакта, т.к. В и Т клетки должны сначала продуцировать цитокины.")
Предполагается, что IS участвуют в TCR подавлении и эндоцитозе и вообще создают платформу для ослабления передачи сигналов TCR посредством др. рецепторов. Осталось продемонстрировать этот способ: "If the synapse is not required for [TCR] signaling, and is not required for activation, then actually the synapse is required for deactivation, and turning off signaling, and getting TCRs out of there."
Shaw отмеает, "в реальных физиологических системах, каогда мы наблюдаем реальные антигены, которые присутствуют в очень ограниченных концентрациях в теле, синапсы должны играть очень важную роль в потенциации передачи сигналов." Shaw недавно высказал сомнение, что передача сигналов TCR не происходит в cSMAC, скорее рецепторы интернализуются и деградируют слишком быстро, чтобы быть замеченными.
Kupfer отмечает, что имеется множество стадий и checkpoints в активации Т клеток, которые являются критическими для принятия решений. "Это создает механизм для действительно высокой чувствительности к антигену, но также делает возможной высокую избирательность или специфичность." Предполагается "что новые TCR-индуцированные сигналы, генерируемые после формирования SMACs, д.б. необходимы для запуска продуктивной активации Т клеток с помощью APCs."
5 По ходу реакции, "новые компоненты будут замещать компоненты из старых молекул."
|
Courtesy of Michael Dustin |
 |
GETTING ORGANIZED: Order of the immunological synapse is elucidated by imaging a T cell interacting with a biosensor surface that reveals the location of molecular interactions. 
|
|
GOING HOLLYWOOD Meanwhile, Davis и его коллеги из Stanford создали 3-D фильм процесса активации.
6 Они метили пептиды и использовали флюоресцентную микроскопию, чтобы определить точное количество MHC-пептидов, встречаемых одной Т клеткой. С помощью переноса cell's calcium flux (один из первых ответов на сигнализацию) и перемещения белков, которые участвуют в IS, они нашли, что одиночного MHC-пептида достаточно Т клетке, чтобы запустить calcium response и чтобы остановиться. Необходимо около 10 пептидов. чтобы создать синапс.
Минимальная передача сигналов, необходимая для активации Т клетки неизвестна. "You probably don't need a complete synapse, but you probably need pieces of the synapse. And what those pieces are exactly is not clear. And what the synapse is ultimately doing in the structure we know of is not clear."
Mattias Gunzer и Stephan Grabbe, University of Munster, Germany, постулируют, что Т клетки постоянно прикрепляются к, заползают на и отсоединяются от APCs, с продолжительностью контакта в среднем 6-12 мин. Они пишут: "Эти динамические и кратковременные встречи благоприятствют последовательным контактам с одной и той же или разными [дендритными клетками] и запускают приток кальция, upregulation активационных маркеров, образование T-blast и пролиферацию."
7
Dustin, Allen, и Shaw считают, что хотя коллаген и м. влиять на поведение Т клетки подобным образом, но клетки вряд ли встречают коллаген, когда взаимодействуют с APC в Т-клеточной области лимфатических узлов и вряд ли ведут себя таким образом в этом первичном месте активации naive T-cell. "Напротив, T клетки в дермисе и др. плотных тканях всегда подвергаются действию коллагена и т. о., м. взаимодействовать in a serial encounter способом, который м.б. идеальным дл эффекторных функций Т-клеток."8
Сайт создан в системе
uCoz 
