Как иммунная система уничтожает инфицированные и раковые клетки

Компьютерная модель демонстрирует механизм уничтожения клетки с помощью перфоринов. Синим цветом изображены поры, образуемые перфоринами в мембране уничтожаемой клетки. Красным цветом изображены гранулы, содержащие ферменты - гранзимы, проникающие через поры внутрь клетки (Фото: Mike Kuiper).

Перфорины вырабатываются Т-киллерами или цитотоксическими лимфоцитами, функцией которых является уничтожение поврежденных клеток организма. Перфорины образуют поры в мембране клетки-мишени, через которые внутрь уничтожаемой клетки проникают гранзимы. Гранзимы – ферменты из группы сериновых протеаз, которые могут инициировать апоптоз клеток.

«Если функционирование перфоринов нарушается, то в организме сохраняются и накапливаются поврежденные клетки, что вызывает, например, рост злокачественных новообразований», - рассказывает руководитель Программы Иммунологии Опухолей (Cancer Immunology Program) в Центре Рака Питера МакКаллума в Мельбурне (Peter MacCallum Cancer Centre) профессор Джо Трапани (Joe Trapani).

Впервые образование пор в мембране клеток-мишеней в результате воздействия клеток иммунной системы было описано нобелевским лауреатом [url=http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%91%D0%BE%D1%80%D0%B4%D0%B5,_%D0%96%D1%8E%D0%BB%D1%8C]Жюлем Борде (Jules Bordet)[/url] более 110 лет назад. Однако только с помощью современных методов ученым удалось выяснить механизм, с помощью которого белки перфорины образуют поры в мембране клетки-мишени.

Результаты нового исследования английских и австралийских ученых были опубликованы 31 октября в журнале Nature. Группу ученых из Англии возглавляла профессор из Колледжа Биркбека (Birkbeck College) Хэлен Сейбил (Helen Saibil). Австралийскими учеными руководил профессор Джеймс Виссток (James Whisstock) из Университета Монаш в Мельбурне (Monash University).

«Результаты других исследований показали, что токсины бактерий, например, бактерий, вызывающих воспаление легких, при образовании поры в мембране клетки изменяют свою пространственную структуру. При изучении перфорина мы хотели установить его пространственную структуру и узнать, как она меняется при образовании поры в мембране клетки-мишени», - рассказывает профессор Сейбил.

Ученые получили представление о структуре молекулы перфорина, применив специальный прибор, который называется Австралийский Синхротрон (Australian Synchrotron), и электронные фотографии, полученные профессором Сейбил в Лондоне. На фотографиях было изображено кольцо, образованное молекулами перфорина, которые объединились для формирования поры в мембране уничтожаемой клетки.

«После того, как стал известен механизм работы перфоринов, можно искать способы применения полученной информации при создании методов лечения и профилактики таких заболеваний как рак, малярия и сахарный диабет», - говорит профессор Виссток.

Ученые обнаружили, что форма одной части молекулы белка перфорина напоминает форму бактериального токсина, выделяемого, например, бактериями сибирской язвы, листериями и стрептококками. Это позволило исследователям сделать предположение, что с точки зрения эволюции механизм образования пор в мембранах клеток является очень древним.

«По-нашему мнению, структура этих молекул сохранялась неизменной приблизительно в течение двух миллиардов лет», - говорит профессор Трапани.

Перфорины участвуют в уничтожении поврежденных клеток при аутоиммунных заболеваниях, например, при сахарном диабете I типа, а также в процессе отторжения трансплантата, например, при пересадке костного мозга. В настоящее время ученые разрабатывают способы повышения активности перфоринов для защиты организма от развития злокачественных новообразований и от таких заболеваний, как, например, малярия. С другой стороны, фонд Wellcome Trust выделил грант в размере 600 000 фунтов стерлингов для создания препаратов-ингибиторов перфоринов, предотвращающих отторжение трансплантата.

«Новые технологии в области электронной микроскопии и эксперименты с синхротронным излучением открыли огромные возможности для молекулярнобиологических исследований. Это прекрасный пример того, что знание структуры и функции молекулы в норме поможет сделать прорыв в области медицины и здравоохранения, направленный на сохранение нашего здоровья и благополучия», - заключает руководитель BBSRC (Biotechnology and Biological Sciences Research Council) профессор Дуглас Келл (Douglas Kell).

По материалам:
Biotechnology and Biological Sciences Research Council