Le cellule immunitarie del corpo possono combattere naturalmente i microbi virali e batterici e altri invasori, ma possono anche essere “addestrate” a rispondere in modo ancora più aggressivo e potente a tali minacce, riferiscono gli scienziati dell’Università della California-Los Angeles che hanno scoperto la regola alla base di questo processo in una particolare classe di cellule.
Attraverso lo studio pubblicato sulla rivista Science, i ricercatori hanno identificato un meccanismo molecolare fondamentale all’interno dei macrofagi, cellule del sistema immunitario innato che combattono le infezioni, che determina se – e quanto bene – le cellule possono essere addestrate. I loro risultati possono aiutare a spianare la strada a future strategie volte a migliorare la funzione del sistema immunitario.
“Come un soldato o un atleta, le cellule immunitarie innate possono essere addestrate dall’esperienza passata per diventare migliori nel combattere le infezioni”, ha affermato l’autore principale Quen Cheng, assistente professore clinico di malattie infettive presso la David Geffen School of Medicine dell’UCLA.
Tuttavia, ha osservato, i ricercatori avevano già osservato che alcuni esperimenti sembravano essere migliori di altri per l’allenamento immunitario. “Questa sorprendente scoperta ci ha motivato a comprendere meglio le regole che governano questo processo”.
Il fatto che l’allenamento immunitario abbia luogo dipende da come è coinvolto il DNA della cellula. Nelle cellule umane, ad esempio, più di 2 metri di DNA devono entrare nel nucleo della cellula, che è così piccolo da non essere visibile ad occhio nudo. Per realizzare questa impresa, il DNA è strettamente avvolto nei cromosomi.
Solo le regioni selezionate del DNA sono esposte e accessibili e solo i geni in quelle regioni accessibili sono in grado di rispondere e combattere l’infezione, ha affermato l’autore senior Alexander Hoffmann, Thomas M. Asher Professore di microbiologia all’UCLA e direttore dell’Istituto per la quantificazione e il calcolo. Bioscienze.
Tuttavia, quando si introduce uno stimolo a un macrofago, ad esempio una sostanza derivata da un microbo o da un agente patogeno, come nel caso di un vaccino, è possibile scartare regioni di DNA precedentemente compattate. Questa divisione espone nuovi geni che consentiranno alla cellula di rispondere in modo più aggressivo, in sostanza addestrandola a combattere la prossima infezione, ha detto Hoffmann.
La nuova ricerca rivela che la dinamica precisa di una molecola chiave di segnalazione immunologica nei macrofagi, chiamata NFB, determina se questo disimballaggio e l’esposizione dei geni si verificano o meno. Inoltre, riferiscono i ricercatori, l’attività dinamica dell’NFB stesso è determinata dal tipo preciso di stimolo extracellulare introdotto nel macrofago.
“È importante notare che il nostro studio mostra che le cellule immunitarie innate possono essere addestrate a diventare più aggressive solo da alcuni stimoli e non da altri”, ha detto Cheng. “Questa specificità è fondamentale per la salute umana perché un allenamento adeguato è importante per combattere efficacemente le infezioni, ma un allenamento improprio può provocare troppe infiammazioni e autoimmunità, che possono causare danni significativi”.
NFB aiuta le cellule immunitarie a identificare le minacce in arrivo. Quando i recettori sulle cellule immunitarie rilevano stimoli esterni minacciosi, attivano la molecola NFB all’interno della cellula. La dinamica dell’NFB – come si comporta nel tempo – forma un linguaggio simile al codice Morse, per cui comunica l’identità della minaccia esterna al DNA e gli dice quali geni preparare per la battaglia.
La “parola” specifica di questo codice che l’NFB usa per dire al DNA di srotolarsi dipende dal fatto che l’NFB sia oscillatorio o stabile per otto o più ore dopo aver incontrato uno stimolo. L’NFB oscillante si accumula nel nucleo di un macrofago, quindi si sposta nel citoplasma e ritorna al nucleo in cicli, come un pendolo oscillante. Non fluttuante o stabile, l’NFB si sposta nel nucleo e vi rimane per diverse ore.
Utilizzando la microscopia avanzata, i ricercatori hanno seguito l’attività NFB nei macrofagi derivati dal midollo osseo di topi sani, monitorando come la dinamica della molecola è cambiata in risposta a molti stimoli diversi. Hanno scoperto che l’NFB ha avuto successo nell’addestramento dei macrofagi – svolgendo il DNA ed esponendo nuovi geni che combattono le infezioni – solo quando l’attività dell’NFB non oscillante è stata indotta dallo stimolo.
“Sappiamo intuitivamente da molto tempo che la fluttuazione della NFB dovrebbe essere importante, ma non siamo stati in grado di capire come”, ha detto Cheng. “Questi risultati sono un vero progresso nella comprensione del linguaggio delle cellule immunitarie e conoscere il linguaggio ci aiuterà a “hackerare” il sistema per migliorare la funzione immunitaria”.
I ricercatori sono stati anche in grado di simulare questo processo di addestramento con un modello matematico e la comprensione predittiva che hanno acquisito potrebbe consentire una futura ingegneria di precisione dell’immunità addestrata, ha affermato Hoffmann. La modellazione matematica dei sistemi di regolazione immunitaria è un obiettivo fondamentale del tuo laboratorio al fine di utilizzare simulazioni predittive per la medicina di precisione.
Cheng ha conseguito il dottorato di ricerca sotto la guida di Hoffmann attraverso l’Advanced Research and Specialties Training Program dell’UCLA, o STAR, per scienziati medici.
Hoffmann e Cheng sperano che questa ricerca possa ispirare una vasta gamma di studi aggiuntivi, comprese le indagini sulle malattie umane causate da cellule immunitarie non adeguatamente addestrate, strategie per ottimizzare l’allenamento immunitario per combattere le infezioni e modi per integrare gli approcci vaccinali esistenti.
“Questo studio mostra come le collaborazioni tra i ricercatori dell’UCLA College e la David Geffen School of Medicine possono produrre una scienza innovativa e di grande impatto a beneficio della salute umana”, ha affermato Hoffmann.
