Жеролевские центры представляют собой высокоскоростные эволюционные машины. Крошечные кластеры В лимфатических узлах зародышевые центры уточняют антитела через мутацию и расширение до тех пор, пока они не продуцируют высокоаффинные В-клетки, адаптированные для контроля различных патогенов. Но быстрая эволюция должна стоить. Большинство мутаций являются вредными, поэтому постоянная мутация во время каждого деления клеток в сочетании с неконтролированной пролиферацией должна быть рецептом катастрофы. То, как В-клетки как-то быстро мутируют и улучшались одновременно, было давней загадкой.
Теперь передовые методы визуализации показывают секретное оружие зародышевого центра: способность подавлять мутацию во время быстрого пролиферации. Эта встроенная гарантия позволяет зародышевым центрам успешным клонами массового производства без ущерба для качества антител. Выводы, опубликованные в ПриродаРешите парадокс того, как иммунная система уравновешивает скорость и точность.
«Центр зародыше всего использует действительно умную стратегию для выполнения двух вещей одновременно — две вещи, которые, по числу, несовместимы», — говорит Габриэль Д. Виктора, глава лаборатории динамики лимфоцитов.
Мутат и проверить
С начала 1990 -х годов ученые знали, что эволюция В -клеток является необычной. Математическое моделирование из той эпохи предположило, что зародышевые центры улучшают антитела, чередуюсь между мутацией и отбором — мутации возникают один раз каждый цикл деления, с последующей фазой тестирования, в которой В -клетки с вредными мутациями умирают, и с наиболее сильными антителами умножились. Эта схема мутированной и проверки сформировала наше понимание эволюции В-клеток на протяжении десятилетий.
«Эта конкретная модель была одним из наиболее важных вкладов математического моделирования в иммунологию», — говорит Виктора.
Но в 2016 году лаборатория Victora обнаружила клональное разрывание, явление, в котором одна В -клетка настолько быстро умножается, что захватывает весь зародышевый центр. Такого рода неконтролируемое пролиферацию не соответствовало осторожному пошаговому процессу, предложенному в 1990-х годах. Затем, в 2021 году, лаборатория показала, что клональный взрыв происходит из -за того, что они назвали «инерционным» клеточным циклическим циклом, в котором В -клетки непрерывно умножаются без отбора между каждым раундом. Ни одно из них не подходит для модели мутат-и проверки. «В какой -то момент мы поняли, что должно быть правило, которое предотвращает мутацию во время инерционных циклов», — говорит Виктора.
Пауза и оправдано
Чтобы найти это неуловимое правило, команда использовала ряд передовых методов визуализации. С визуализацией мозга-методом генетической маркировки клеток-они смогли обнаружить клональные всплески: отдельные B-клетки, делящие настолько быстро, что они захватили весь зародышевый центр. Удивительно, но популяция клеток, возникшая в результате этих всплесков, имела меньше мутаций, чем ожидалось, что позволяет предположить, что В -клетки помещают мутацию «приспособленными», в то время как они выполняют инерционную пролиферацию.
Затем у мышей, спроектированных с флуоресцентным репортерным белком, они определили точный момент в клеточном цикле, в котором мутируют В -клетки. То, что они обнаружили, было поразительным — во время инерционного цикла, разрывание В -клеток точно пропускает фазу клеточного цикла, в которой происходит мутация. Чтобы подтвердить это открытие, они использовали сортировку клеток на основе изображений, выделяя В-клетки и секвенировали их, чтобы продемонстрировать, что только В-клетки в паузунном состоянии накапливают мутации, демонстрируя, что мутация ограничена для этой стадии-и что пропуски это то, как некоторые В-клетки избегают мутации во время инерционных циклов. Объединение этих результатов с математическими моделями подтвердило, что зародышевые центры динамически регулируют мутацию, включив и выключает ее, чтобы генерировать самые высокие аффинные В -клетки без жертвы скорости.
«Визуализация была ключевой в том, чтобы сделать этот проект работать», — говорит Джухи Пае, научный сотрудник в лаборатории Victora, который также был ведущим автором статьи 2021 года. «Вместе эти методы указали нам на эту проблему, позволили нам выяснить конкретную стадию пропущенного клеточного цикла, а затем помогли нам изолировать клетки, чтобы увидеть, которые делают мутацию».
Результаты показывают, как зародышевые центры уточняют реакции антител с максимальной эффективностью. Демонстрируя, что В -клетки подавляют мутацию во время быстрой пролиферации и возобновляют ее только после расширения, результаты объясняют, как иммунная система быстро делает много копий лучших В -клеток, все еще улучшая их способность бороться с инфекциями. Эти принципы, которые проливают свет на точные механизмы, формирующие адаптивный иммунитет, могут иметь более широкие последствия для дизайна вакцин и иммунной терапии.
«В наших лимфатических узлах есть машина для мини-эволюции-и мне нравится думать об изучении зародышевых центров как о попытке выяснить, как комки клеток образует такую эффективную машину»,-говорит Виктора.
«Это такие фундаментальные знания», — добавляет Пэ. «Мы узнаем, как работает наша иммунная система».
