To zdjęcie ze skaningowego mikroskopu elektronowego uchwyciło moment, w którym degranulujące komórki tuczne (pseudokolorowe w kolorze sepii) przyciągają i zaczynają włączać żywe neutrofile (pseudokolorowe w kolorze cyjan), tworząc struktury komórka w komórce, w których komórki tuczne zatrzymują w sobie żywe neutrofile. Źródło: Marcus Frank i Karoline Schulz, Universitätsmedizin Rostock, Niemcy
Naukowcy za pomocą specjalistycznej mikroskopii odkryli zaskakującą interakcję między komórkami tucznymi a neutrofilami w reakcjach alergicznych.
Komórki tuczne mogą wychwytywać i pochłaniać neutrofile, tworząc strukturę komórka w komórce znaną jako „pułapka wewnątrzkomórkowa komórek tucznych” (MIT). Ta interakcja poprawia funkcję komórek tucznych i może prowadzić do nowych podejść do leczenia alergii i chorób zapalnych. Odkrycia podkreślają również złożone powiązania między komórkami odpornościowymi i ich rolę w zapaleniu i obronie immunologicznej.
Zrozumienie zapalenia: reakcja ochronna organizmu
Zapalenie to reakcja organizmu na szkodliwe bodźce, charakteryzująca się wysoką temperaturą, bólem, zaczerwienieniem, obrzękiem i utratą funkcji tkanek. Kiedy stan zapalny jest zrównoważony, chroni organizm, usuwając szkodliwe czynniki i inicjując naprawę tkanek. Jednak nadmierny stan zapalny może powodować zniszczenie tkanki i chorobę. Kluczowymi uczestnikami tego procesu są różne komórki odpornościowe, które współpracują podczas stanu zapalnego. Rodzaj zaangażowanych komórek odpornościowych często różni się w zależności od szkodliwego bodźca, który ma wpływ na wynik odpowiedzi zapalnej.
Łapanie komórek odpornościowych podczas reakcji alergicznych
Komórki tuczne, znajdujące się w tkankach i krytyczne dla inicjowania stanu zapalnego, wypełnione są granulkami zawierającymi substancje prozapalne. Granulki te uwalniają się po napotkaniu potencjalnych zagrożeń, w tym alergenów, wywołujących reakcje alergiczne. U wielu osób komórki tuczne reagują także na pozornie nieszkodliwe czynniki środowiskowe, które następnie działają jak alergeny i powodują alergie. Interakcja między komórkami tucznymi a innymi komórkami odpornościowymi w miejscach reakcji alergicznych jest w dużej mierze niezbadana.
Grupa badawcza z Instytutu Immunobiologii i Epigenetyki im. Maxa Plancka wykorzystała specjalistyczną mikroskopię do wizualizacji w czasie rzeczywistym dynamiki aktywowanych komórek tucznych i innych typów komórek podczas reakcji alergicznych w żywych tkankach myszy. Kierowany przez Tima Lämmermanna, od października 2023 roku Dyrektora Instytutu Biochemii Medycznej UM Uniwersytet w Münsterzespół odkrył zaskakującą interakcję: neutrofile znaleziono wewnątrz komórek tucznych.
„Nie mogliśmy uwierzyć własnym oczom: żywe neutrofile znajdowały się w żywych komórkach tucznych. Zjawisko to było całkowicie nieoczekiwane i prawdopodobnie nie zostałoby odkryte w eksperymentach przeprowadzanych poza żywym organizmem, co podkreśla siłę mikroskopii przyżyciowej” – mówi Tim Lämmermann.
Wyciąganie sztuczki z neutrofilami, aby uwięzić neutrofile
Neutrofile są głównymi obrońcami naszego układu odpornościowego, reagującymi szybko i szeroko na potencjalne zagrożenia. Krążą we krwi i szybko opuszczają naczynia krwionośne w miejscach zapalenia. Są dobrze wyposażone do zwalczania najeźdźców, takich jak bakterie lub grzyby, poprzez pochłanianie najeźdźców, uwalnianie substancji przeciwdrobnoustrojowych lub tworzenie pułapek przypominających sieć zwanych „pułapkami zewnątrzkomórkowymi neutrofilów”. Dodatkowo neutrofile mogą komunikować się ze sobą i tworzyć roje komórkowe, aby łączyć swoje indywidualne funkcje w celu ochrony zdrowej tkanki. Chociaż wiele wiadomo na temat roli neutrofili w infekcjach i jałowych urazach, ich rola w stanach zapalnych wywołanych reakcjami alergicznymi jest mniej poznana.
„Szybko stało się jasne, że podwójne opakowanie komórek odpornościowych nie było zwykłym zbiegiem okoliczności. Chcieliśmy zrozumieć, w jaki sposób komórki tuczne zatrzymują swoich kolegów i dlaczego to robią” – wyjaśnia Michael Mihlan, pierwszy i współautor badania opublikowanego dzisiaj (2 sierpnia) w czasopiśmie Komórka. Gdy zespołowi udało się naśladować uwięzienie neutrofilów obserwowane w żywej tkance w hodowli komórkowej, udało mu się zidentyfikować szlaki molekularne zaangażowane w ten proces. Naukowcy odkryli, że komórki tuczne uwalniają leukotrien B4, substancję powszechnie używaną przez neutrofile do inicjowania własnego zachowania roju.
Wydzielając tę substancję, komórki tuczne przyciągają neutrofile. Gdy neutrofile znajdą się wystarczająco blisko, komórki tuczne pochłaniają je w wakuolę, tworząc strukturę komórka w komórce, którą naukowcy nazywają „wewnątrzkomórkową pułapką komórek tucznych” (MIT). „To ironiczne, że neutrofile, z których składają się sieciowe pułapki DNA i histony, które wychwytują drobnoustroje podczas infekcji, są obecnie łapane w pułapkę przez komórki tuczne w warunkach alergicznych” – mówi Tim Lämmermann.
Pogłębianie wiedzy na temat reakcji zapalnych i alergicznych
Z pomocą międzynarodowego zespołu naukowcy potwierdzili powstawanie MIT w próbkach ludzkich i zbadali los dwóch typów komórek zaangażowanych w uwięzienie. Odkryli, że uwięzione neutrofile w końcu umierają, a ich szczątki gromadzą się w komórkach tucznych
„W tym miejscu historia przybiera nieoczekiwany obrót. Komórki tuczne mogą przetwarzać materiał z neutrofili w celu wzmocnienia ich własnych funkcji i metabolizmu. Ponadto komórki tuczne mogą uwalniać nowo nabyte składniki neutrofilów z opóźnieniem, wyzwalając dodatkową odpowiedź immunologiczną i pomagając w utrzymaniu stanu zapalnego i obronie immunologicznej” – mówi Michael Mihlan.
„To nowe zrozumienie współdziałania komórek tucznych i neutrofili dodaje zupełnie nową warstwę do naszej wiedzy na temat reakcji alergicznych i stanów zapalnych. Pokazuje, że komórki tuczne mogą wykorzystywać neutrofile do zwiększania swoich własnych możliwości – jest to aspekt, który może mieć konsekwencje w przypadku przewlekłych chorób alergicznych, w których powtarza się stan zapalny” – mówi Tim Lämmermann.
Naukowcy rozpoczęli już badanie tej interakcji w chorobach zapalnych, w których pośredniczą komórki tuczne u ludzi, sprawdzając, czy to odkrycie może prowadzić do nowych podejść do leczenia alergii i chorób zapalnych.
Odniesienie: „Pułapka neutrofilów i neksocytoza, procesy za pośrednictwem komórek tucznych dla przekaźnika sygnału zapalnego” 2 sierpnia 2024 r., Komórka.
DOI: 10.1016/j.cell.2024.07.014
