Клітини-камікадзе: чим нейтрофіли дивують вчених

Кожна краплина гною, яка вичавлюється з людського тіла, є подарунком для інфекцій. Також це "військовий меморіал" для тисяч мікроскопічних "солдатів", які раніше були всередині організму. Це нейтрофіли – стійкі імунні клітини, які мільярдами заповнюють кров. Вони – як перша лінія оборони – чекають наказу, щоб швидко відправитись на місце ураження чи інфекції, пише Atlantic.

Читайте ще Вакцини від коронавірусу здатні на більше: великий бізнес та порятунок планети

Штурмові клітини крові

Можливо, через їхній короткий термін життя або через те, що нейтрофіли – головний інгредієнт гною, але їх довго зневажали. На сьогодні, вони є найбільш поширеними білими клітинами крові.

Можуть існувати навіть там, де мало кисню (включаючи запалені тканини з поганим доступом крові). Вони першими йдуть до бою і першими помирають у ньому. Раніше біологи так їх описували: "необов'язкові, замінні, абсурдно широко поширені". Більш відомі "бажанням" померти, ніж тримати людей живими.

Що можна знайти у потоці крові / Графіка Physiopedia

Але це не більше ніж невірний опис клітини з суперсилами, і вони точно більше, ніж звичайні "штурмові війська".

З іншого боку, є в нейтрофілів і серйозні вади. Вони діють доволі швидко, недостатньо адаптивні, як ті самі Т-клітини та антитіла.

Втім, вони еволюціонували для радикального вирішення проблем: полювання на патогени, загоювання ран, прокладання шляхів для зростання нових тканин.

Найстрашніша зброя імунної системи

Нейтрофіли, втім, здатні на один смертельний номер: "розмотувати" назад генетичний матеріал, туго зв'язаний в їхньому центрі. Далі "сприскувати" його токсичними білками та сполуками і – неймовірно! – вивергати вбік, як смертельне чхання. Це фактично озброєння своєї власної ДНК! Кінцевий продукт – нейтрофільна клітинна пастка, або NET (Neutrophil extracellular traps – 24).

Вчені, які досліджують ці мережі, намагаються позбутися темного боку нейтрофілів. Гній – огидний плакат, але корисний. Він ніби кричить: "тут були нейтрофіли, їх тут було багато". Вони, зазвичай, є авангардом, який гине ще до приходу основних, більш розвинутих клітин. І от між ними і точиться основна битва.

Нейтрофільна сітка / Фото The journal of Immunology

Це цікаво Мозок під прицілом коронавірусу: сенсаційні дослідження вчених та етична дилема

Коли нейтрофіли досягають місця призначення, вони надсилають сигнали багатьом іншим, поки вся ця сила не заливає тканину лютим, пульсуючим роєм. Це найкраще діє проти бактерій, яких виводять за клітинні межі, як порушників території. А там їх з'їдають, одночасно кидаючи антимікробні "гранати".

Дехто вважає, що вивільнюється лише частина ДНК, а інша – зберігається до наступного разу. Поки що це ще не доведена теорія.

Деякі нейтрофіли після звільнення від своїх генетичних креслень ще рухаються далі. Намагаючись вполювати мікробів, які обійшли пастку. Вони повзають навколо, як зомбі,
– пояснює Рейчел Кратофіл, аспірантка Кубеса

Мета – не повна перемога, а стримування, поки інші роблять свою роботу, яка потребує спеціальних навичок. "Кожна година, коли ви уникаєте поширення інфекції на весь організм, це добре. Вони роблять все можливе, щоб заблокувати", – каже Крістіан Кон Йост, неонатолог та нейтрофільний біолог з Університету Юти.

Що кажуть вчені з галузі

Десятками років вчені навіть сумнівалися, чи нейтрофіли дійсно імунні? Є вчені, які десятками років їх вивчали. Наприклад, Деніза Вагнер, імунологиня з Гарварду. Але й вона визнає: "ніхто не думав, що вони цікаві, всі дивилися на антитіла, які були "сексуальними"".

Що ще гірше для вчених, їх не можна розвести в лабораторії in vitro (у пробірці – 24). Їх треба збирати з крові та інших тілесних рідин свіжими. І робити це кожен раз, що відлякує дослідників. Ті одиниці, що справді взялися за вивчення нейтрофілів, вдягнули невдячну мантію. Але відразу знайшли великий масив знань.

Актуально Три уроки пандемії: чим схожі історії СНІДу та коронавірусу

Анна Гуттенлохер, ревматологиня та клітинна біологиня з Університету Вісконсину, роками спостерігала, як нейтрофіли зростають в тканинах та формують структури в лабораторії. Вона описує ці процеси як "акробатику в крові".

Вони точні, гнучкі та швидкі, коли пересуваються, відбиваючись від інших клітин. А потім входять туди, куди їхні брати по зброї не можуть. Це найкращі мігранти у вашому тілі,
– пояснила Анна.

Пол Кубес, професор з Канади / Фото University of Calgary

Тепер наука про нейтрофіли переписується, щоб оцінити "апломб" цих клітин. Наприклад, Пол Кубес, імунолог Університету Калгарі, пропонує створити "карту, куди нейтрофіли йдуть, щоб померти". Багато вирушають в інші клітини. Дехто облаштовує "бункер" в селезінці, інші виводяться з організму, або навіть повертаються "на батьківщину" – у кістковий мозок.

Небезпечно, міни!

Всі нейтрофіли народжені, щоб загинути.

Зазвичай, це стається вже за кілька годин: або від мікроба або від власної "бомби". Втім, багато хто з них переживає першу битву і не бачить жодних причин гинути в ній. Тож зображення нейтрофілів як камікадзе – занадто спрощене їхнє сприйняття.

"Ви насправді не хочете, щоб багато клітин загинуло в тканинах. Це може залишити по собі недбалий та потенційно запальний безлад", – сказала Анна Гуттенлохер.

Смертельні мережі нейтрофілів, наприклад – "остання зброя для клітин, які оточені мікробами (і яких у кожен момент часу значно більше) і які хочуть зробити хоч щось, щоб їх стримати", – пояснила Кім Мартіно, кардіоваскулярна дослідниця з Університету Левена, Бельгія.

Важливе відкриття Знайшли ключовий білок, який відповідає за формування імунітету

Вони як наземні міни – небезпечні, навіть якщо солдат, що їх встановлював, помер. NETs достатньо стійкі, щоб продовжувати битву самостійно. Мікроби, які в них потрапили, мають таку саму долю як і комахи у шовковому павутинні павука. Якщо їх відразу не вбивають смертельні молекули, то вони залишаються знерухомленими.

Про це виданню Atlantic розповів Сюїчі Такаяма, який будує штучні нейтрофільні мережі у лабораторії технічного Університету Джорджії.

Якщо пастка встановлена, вона буде ловити все: злоякісні чи доброякісні клітини, корисних бактерій чи мікробів. Як вище сказано, вони не розрізняють. Більш того, токсичні білки NET можуть порушити крихку архітектуру, яка утримує судини разом. А липка поверхня, тим часом активізує тромбоцити.

Згубний вплив пасток

В результаті – ідеальні умови для тромбів і початок порочного кола. Наразі вже відомо, що NET впливають на серце, легені, мозок, нирки, підшлункову залозу та печінку. Вони також причетні до небезпечних інфекційних захворювань, як-то COVID-19.

Коронавірусні інфекції – якась ідеальна буря для випуску цих нейтрофільних мереж. Все починається в легенях, але поширюється далі системно,
– зазначила Мартіно.

Фрагменти ДНК нейтрофілів здатні залучати на "темний бік" навіть антитіла, посилюючи ймовірність аутоімунних захворювань. Ракові клітини можуть навіть користатися захистом від нейтрофілів. Останні, при цьому, закривають їх від інших членів імунної системи під час росту канцерогенних утворень.

Але що буде, якщо нейтрофіли зникнуть з організму? "Ви помрете від інфекцій за 24-72 години", – каже Рейчел Кратофіл. Зараз головне завдання – звести нанівець вплив отруйних мереж, не знищуючи клітини, які вони можуть охороняти. Наприклад, під час лікування COVID-19, використовували потужні молекули, які здатні розбивати структуру ДНК.

Але Мартіно сумнівається в підході: "якщо їх розбити, вони почнуть циркулювати". Інший спосіб, на думку, Кубеса, це як "натягнути намордник на нейтрофіли", щоб вони узагалі не могли вивільняти свою токсичну зброю. Втім поки що це складно і справа майбутнього.

Значні можливості нейтрофілів створюють і значні проблеми для організму. Потенціал цих суперсолдатів, щоправда, поки що переважає над ризиками. Якщо вони здатні допомагати раковим клітинам, то скоріш за все, здатні їх приборкувати. Можливо, вчені та лікарі ще не використовують цих командос на повну.