У иммунных клеток нашли механизм теломерного донорства

Arnoult et al. / PLoS Genetics, 2010

Т-лимфоциты могут не только наращивать свои теломеры с помощью теломеразы, но и принимать донорские теломеры от других клеток. Иммунологи проследили за тем, как антигенпрезентирующие клетки откусывают частички своих теломер, пакуют их в мембранные пузырьки и выбрасывают из клетки — а Т-лимфоциты ловят пузырьки и пристраивают теломеры на концы своих хромосом. Ученые предполагают, что этот механизм позволяет регулировать старение Т-лимфоцитов: те из них, кто получил «вливание» теломер, становятся долгоживущими клетками памяти. Работа опубликована в журнале Nature Cell Biology.

Укорочение теломер — «бессмысленных» нашлепок на концах хромосом — считается одной из причин старения организмов в целом и клеток в частности. Причин для такого укорочения есть множество, но самая очевидная — деление клеток: при каждом удвоении ДНК с конца хромосомы пропадает небольшой кусок. А когда теломеры достигают критической длины, клетка не только перестает делиться, но и становится сенесцентной — в таком состоянии она хуже работает и выделяет провоспалительные белки.

Не все клетки за время жизни человека успевают выбрать свой лимит теломер, но для некоторых типов эта проблема стоит остро. Например, для лимфоцитов: после того, как T- или B-клетка узнает антиген, ей нужно много раз поделиться, чтобы создать клон клеток, которые могут бороться с чужеродным веществом в организме. А после этого оставаться в рабочем состоянии, чтобы не пропустить свой антиген при следующей встрече.

Можно было бы нарастить теломеры с помощью специального фермента — теломеразы — как иногда делают клетки взрослого организма, в том числе и Т-лимфоциты. Но ученые уже выяснили, что этого недостаточно, чтобы Т-клетки продолжали делиться и не становились сенесцентными. Поэтому Алессио Ланна (Alessio Lanna) и группа исследователей из Научного института восстановления и лечения (Istituto di Ricovero e Cura a Carattere Scientifico) взялись выяснить, как лимфоцитам удается сохранять клеточную молодость.

Ученые измерили длину теломер у Т-клеток и у антигенпрезентирующих клеток — это иммунные клетки, которые приносят антигены из тканей и активируют Т-лимфоциты. Оказалось, что длина отличается, если ее измерять до и после контакта этих клеток. После контакта у лимфоцитов теломеры становятся длиннее. Этот эффект воспроизвелся и у Т-лимфоцитов с выключенной теломеразой — а значит, удлинение происходит по какому-то другому механизму.

A: Антиген-презентирующая клетка (APC) делится теломерами с Т-клеткой (T cell). Синий — ядра клеток, белый — теломеры, красный — место контакта между клетками. B: изменение длины теломер после контакта. C: общее изменение длины теломер после контакта

Lanna et al. / Nature Cell Biology, 2022

Тогда исследователи заподозрили, что антигенпрезентирующие клетки делятся с Т-лимфоцитами своими теломерами. Они пометили их теломеры флуоресцентной краской и увидели, что те выходят из ядра и скапливаются в месте контакта с Т-клеткой (это место называют иммунным синапсом). А затем пузырьки с ДНК отщепляются от антигенпрезентирующей клетки и оказываются в среде. При этом в контрольных экспериментах, где оба типа клеток не контактировали друг с другом, никаких пузырьков с ДНК ученые не обнаружили.

Затем ученые решили проверить, правда ли Т-клетки принимают донорские теломеры. Для этого они взяли отдельную культуру антигенпрезентирующих клеток и пометили их ДНК с помощью краски, которая светится в ульрафиолете, а потом обработали их антибиотиком иономицином — он вызывает высвобождение пузырьков из клеток даже вне контакта с Т-лимфоцитами. Дальше эти пузырьки налили на культуру Т-клеток — и оказалось, что около 8 процентов из делящихся лимфоцитов светятся в ультрафиолете, то есть поглотили пузырьки с меченой ДНК.

После этого авторы работы взялись выяснять, какие механизмы помогают клеткам совершить такой обмен. Внутри пузырьков в антигенпрезентирующих клетках они нашли белок TZAP. Эта молекула известна тем, что связывается с концами хромосом, — а перед выделением пузырьков ее экспрессия в клетках выросла. То есть, судя по всему, TZAP как-то помогает отрезать кусочки теломер. Но в норме TZAP не может связаться с теломерами, потому что они заблокированы белками шелтеринами. А вот их экспрессия перед выделением пузырьков оказалась ниже обычной (вне зависимости от того, чем вызвано выделение — контактом с Т-клеткой или иономицином).

Возможно, именно поэтому TZAP смог попасть в теломеры.

Кроме того, внутри пузырьков нашелся белок Rad51 — важный участник процесса рекомбинации, то есть обмена участками хромосом. Известно, что опухолевые клетки умеют пользоваться рекомбинацией для наращивания теломер (этот механизм называют альтернативным удлинением теломер): на время как бы заимствуют одну цепь ДНК с соседней хромосомы, чтобы по ее шаблону достроить свою теломеру. И Rad51 отвечает как раз за это заимствование цепи. Это может означать, что альтернативное удлинение бывает и в иммунных клетках — а антигенпрезентирующие клетки помогают им его запустить, добавляя Rad51 в пузырьки.

Механизм альтернативного удлинения теломер

Fanconi Anemia / Wikimedia Commons

Чтобы проверить эту идею, исследователи заблокировали экспрессию Rad51 в антигенпрезентирующих клетках, и те начали производить пузырьки с теломерами без этого белка. Т-клетки по-прежнему поглощали такие пузырьки, но внутри их клеток собственные и донорские теломеры уже не находились рядом — то есть процесс альтернативного удлинения явно шел хуже. И теломеры у них росли медленнее, чем обычно после контакта — уже не на 3 тысячи пар оснований, а менее, чем на 2.

Колокализация донорских (красный) и собственных (зеленый) теломер в Т-клетках. siCtrl — контроль, siRad51 — пузырьки без Rad51 (из клеток с заблокированной экспрессией Rad51)

Lanna et al. / Nature Cell Biology, 2022

 

Наконец, авторы работы попробовали разобраться с тем, как донорство теломер влияет на судьбу иммунных клеток. Сначала они измерили, как Т-лимфоциты делятся после получения пузырьков — и оказалось, что они успевают образовать клон большего размера, чем клетки, которые не получили пузырьков совсем или получили неполноценные. Таким образом, они активнее делятся (то есть меньше стареют) — а значит, могут принести дополнительную пользу иммунной системе.

Пузырьки с теломерами позволяют лимфоцитам дольше делиться (a) и снижают число сенесцентных (то есть старых) клеток в популяции (b). Фиолетовый — без пузырьков, черный — пузырьки без теломер, синий — пузырьки без Rad51, красный — полноценное донорство

Lanna et al. / Nature Cell Biology, 2022

 

Чтобы это проверить, исследователи переключились на эксперименты с мышами. Они взяли у них антигенпрезентирующие клетки и «познакомили» их с яичным альбумином in vitro. После этого клетки ввели мышам, а заодно ввели им Т-лимфоциты, специфичные к яичному альбумину (и специально помеченные, чтобы их можно было найти в крови). Через 18 часов ученые проверили, что происходит в лимфоузлах у этих мышей, и подсчитали, что примерно половина Т-клеток получила донорские теломеры. Еще через 18 часов мышей «вакцинировали», то есть ввели им дозу яичного альбумина — а после этого заметили, что Т-лимфоциты с новыми теломерами делятся интенсивнее, чем те, кому пузырьков не досталось.

Таким образом, авторы работы не только обнаружили, что клетки в организме человека умеют обмениваться теломерами, но и предположили, зачем это может быть нужно. Они заключили, что с помощью этого механизма антигенпрезентирующие клетки удерживают Т-клетки от старения. Но при этом помощь, вероятно, достается не любым Т-лимфоцитам, а только совсем молодым или клеткам памяти — то есть тем, кому было бы полезно много раз поделиться, чтобы создать рабочий клон или крепкую иммунную память. А вот могут ли клетки памяти образовываться без вливания донорских теломер и получаются ли они при этом такими же долгоживущими — это еще предстоит проверить.

Тем временем удлинять теломеры в других клетках люди пока только учатся. И хотя мы рассказывали о том, как некоторые фирмы уже продают генную терапию на основе теломеразы, результатов ее применения на людях пока нет. Зато есть результаты на мышах — им, как недавно выяснилось, геннотерапевтический препарат можно распылять прямо в нос.

Полина Лосева