Νέες μέθοδοι μπορούν να προσδιορίσουν συγκεκριμένους υποτύπους Τ λεμφοκυττάρων σε αλλεργικές παθήσεις όγκους και λοιμώξεις

Όταν το ανοσοποιητικό σας σύστημα εκτίθεται σε ένα εμβόλιο, ένα αλλεργιογόνο ή ένα μολυσματικό μικρόβιο, υποσύνολα Τ λεμφοκυττάρων που μπορούν να αναγνωρίσουν ένα ξένο εισβολέα ετοιμάζονται για δράση. Ορισμένα από αυτά τα Τ κύτταρα προετοιμάζονται για να σκοτώσουν μολυσμένα κύτταρα, ενώ άλλα χρησιμεύουν ως κύτταρα μνήμης που κυκλοφορούν σε όλο το σώμα, επιτηρώντας για την περίπτωση επανεμφάνισης του εισβολέα.

Οι ερευνητές του MIT επινόησαν έναν τρόπο για την ταυτοποίηση των Τ κυττάρων που μοιράζονται έναν συγκεκριμένο στόχο, μέσω μιας διαδικασίας που ονομάζεται αλληλούχιση RNA υψηλής απόδοσης (high-throughput single-cell RNA sequencing). Αυτό το είδος του μοριακού  προφίλ μπορεί να αποκαλύψει τις μοναδικές λειτουργίες αυτών των Τ κυττάρων, προσδιορίζοντας τα γονίδια που ενεργοποιούνται σε δεδομένη χρονική στιγμή. Σε μια νέα μελέτη, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν αυτή την τεχνική για την ταυτοποίηση Τ κυττάρων που προκαλούν αλλεργική φλεγμονή σε ασθενείς με αλλεργία στο φιστίκι.

Στην εργασία που βρίσκεται σε εξέλιξη, οι ερευνητές χρησιμοποιούν αυτή τη μέθοδο για να μελετήσουν πώς απαντούν τα Τ λεμφοκύτταρα των ασθενών στη χορήγηση από του στόματος ανοσοθεραπεία για αλλεργία σε φιστίκι.

Η νέα αυτή μέθοδος βασίζεται σε  τεχνικές single-cell RNA sequencing σε μεγάλους πληθυσμούς κυττάρων. Με την αλληλούχιση του αγγελιαφόρου RNA, οι επιστήμονες μπορούν να ανακαλύψουν τα γονίδια που εκφράζονται σε μια δεδομένη στιγμή, δίνοντας  μια εικόνα για τις λειτουργίες μεμονωμένων κυττάρων.

Η εκτέλεση προσδιορισμού αλληλουχίας RNA στα Τ κύτταρα, έχει μεγάλο ενδιαφέρον επειδή τα Τ κύτταρα έχουν πολλούς διαφορετικούς ρόλους στην ανοσοαπάντηση. Προηγούμενες μελέτες αλληλούχισης δεν μπορούσαν να εντοπίσουν πληθυσμούς Τ κυττάρων που ανταποκρίνονται σε συγκεκριμένο στόχο ή αντιγόνο, το οποίο προσδιορίζεται από την αλληλουχία του υποδοχέα Τ κυττάρου (TCR). Αυτό συμβαίνει επειδή η αλληλούχιση RNA μονού κυττάρου συνήθως προσδιορίζει μόνο το ένα άκρο κάθε μορίου RNA και το μεγαλύτερο μέρος της μεταβολής στα γονίδια του TCR  βρίσκεται στο αντίθετο άκρο του μορίου, το οποίο δεν αλληλουχείται.

Σε ένα απλό Τ κύτταρο, το RNA που κωδικοποιεί τους υποδοχείς των Τ κυττάρων αποτελεί λιγότερο από 1 τοις εκατό του συνολικού RNA του κυττάρου, οπότε η ομάδα MIT βρήκε έναν τρόπο να ενισχύσει αυτά τα ειδικά μόρια RNA και στη συνέχεια να τα βγάλει από το συνολικό δείγμα, ώστε  να μπορέσουν να αναλυθούν πλήρως. Κάθε μόριο RNA επισημαίνεται με έναν γραμμωτό κώδικα για να αποκαλυφθεί το κύτταρο από το οποίο προήλθε, έτσι ώστε οι ερευνητές θα μπορούσαν να ταιριάξουν τους στόχους των Τ κυττάρων με τα πρότυπα έκφρασης RNA τους. Αυτό τους επιτρέπει να προσδιορίσουν ποια γονίδια είναι ενεργά σε πληθυσμούς Τ κυττάρων που στοχεύουν συγκεκριμένα αντιγόνα.

Αυτή η μέθοδος μας επιτρέπει να παίρνουμε πληροφορίες από βιβλιοθήκες προσδιορισμού αλληλουχίας RNA ενός κυττάρου και να απομονώνουμε  τις σχετικές αλληλουχίες που θέλουμε να χαρακτηρίσουμε. Επι της ουσίας , η προσέγγιση είναι μια στρατηγική για την εξαγωγή πληροφοριών που είναι κρυμμένες μέσα  στο γονιδίωμα.

Σύμφωνα με τους ερευνητές ένα άλλο πλεονέκτημα αυτής της τεχνικής είναι ότι δεν απαιτεί ακριβά αντιδραστήρια, βασίζεται σε εξοπλισμό που έχουν ήδη πολλά εργαστήρια και μπορεί να εφαρμοστεί σε πολλά δείγματα που έχουν προηγουμένως επεξεργαστεί.

Αναλύοντας τις αλλεργίες

Σε ένα άρθρο στο  Nature Immunology  οι ερευνητές απέδειξαν ότι θα μπορούσαν να χρησιμοποιήσουν αυτή την τεχνική για να επιλέξουν τα Τ κύτταρα ποντικού που ήταν ενεργοποιημένα έναντι του ιού του ανθρώπινου θηλώματος (HPV) , αφού τα ποντίκια είχαν εμβολιασθεί κατά του ιού. Διαπίστωσαν ότι παρόλο που όλα αυτά τα Τ κύτταρα αντιδρούν στον ιό, τα κύτταρα είχαν διαφορετικούς TCRs (και φαίνεται να βρίσκονται σε διαφορετικά στάδια ανάπτυξης) μερικά ήταν έντονα  ενεργοποιημένα για τη θανάτωση των μολυσμένων κυττάρων, ενώ άλλα επικεντρώνονται στην ανάπτυξη και τη διαίρεσή τους.

Οι ερευνητές στη συνέχεια ανέλυσαν Τ κύτταρα που λήφθηκαν από τέσσερις ασθενείς με αλλεργίες με φυστίκια. Μετά απόέκθεση των Τ λεμφοκυττάρων σε αλλεργιογόνα φυστικιού, ήταν σε θέση να αναγνωρίσουν τα Τ κύτταρα που ήταν δραστικά έναντι αυτών των αλλεργιογόνων. Έδειξαν επίσης ποιες υποομάδες Τ κυττάρων ήταν οι πιο δραστικές και βρήκαν  κάποιες που παρήγαγαν τις φλεγμονώδεις κυτοκίνες που συνδέονται με αλλεργικές αντιδράσεις.

Σε συνεργασία με ερευνητές στο Γενικό Νοσοκομείο της Μασαχουσέτης(MGH) η τεχνική αυτή άρχισε να χρησιμοποιείται, για να παρακολουθήσει τις ανοσολογικές μεταβολές των ανθρώπων που υποβάλλονται σε από του στόματος ανοσοθεραπεία

Η ομάδα του MIT / MGH ελπίζει ότι η μελέτη τους θα βοηθήσει στον εντοπισμό παραγόντων που θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για να προβλέψουν ποιοι ασθενείς θα ανταποκριθούν καλύτερα στη θεραπεία.

Αυτή η στρατηγική θα μπορούσε επίσης να χρησιμοποιηθεί, για να βοηθήσει στην ανάπτυξη και παρακολούθηση θεραπειών ανοσοθεραπείας για καρκίνο, όπως η θεραπεία κυττάρων CAR-T, η οποία περιλαμβάνει τον προγραμματισμό των Τ κυττάρων του ίδιου του ασθενούς, για να στοχεύσουν έναν όγκο. Εργαστήρια του MGH, του MIT και του Χάρβαρντ για την ταυτοποίηση των Τ κυττάρων που εμπλέκονται στην καταπολέμηση λοιμώξεων όπως ο HIV και η φυματίωση.

The research was funded by the Koch Institute Support (core) Grant from the National Institutes of Health, the Koch Institute Dana-Farber/Harvard Cancer Center Bridge Project, the Food Allergy Science Initiative at the Broad Institute of MIT and Harvard, the Arnold and Mabel Beckman Foundation, a Searle Scholar Award, a Sloan Research Fellowship in Chemistry, the Pew-Stewart Scholars program, and the National Institutes of Health.

Journal Reference:

1. Ang A. Tu, Todd M. Gierahn, Brinda Monian, Duncan M. Morgan, Naveen K. Mehta, Bert Ruiter, Wayne G. Shreffler, Alex K. Shalek, J. Christopher Love. TCR sequencing paired with massively parallel 3′ RNA-seq reveals clonotypic T cell signatures. Nature Immunology, 2019; 20 (12): 1692 DOI: 10.1038/s41590-019-0544-5