Quando viene sfidato da un intruso, il sistema immunitario genera una serie sconcertante di diversi sottoinsiemi di linfociti T. Le cellule in sottoinsiemi funzionalmente distinti in qualche modo condividono la specificità per un antigene identico. Un meccanismo per generare questa diversità clonale è ora spiegato da John Chang, Vikram Palanivel, Steven Reiner (Università della Pennsylvania, Philadelphia, PA) e colleghi.
I marcatori di polarità e destino (rosso e verde) si segregano durante la prima divisione delle cellule T stimolate.
REINER / AAAS
I sottoinsiemi, dicono i ricercatori, derivano dalla prima divisione asimmetrica che una cellula T ingenua fa dopo essere stata stimolata dall’antigene. La fonte dell’asimmetria è la sinapsi immunitaria – la connessione della cellula T ingenua alla cellula presentante l’antigene (APC) che la sta stimolando. Quando la cellula T si divide, la cellula T sinapsi-prossimale diventa una cellula effettrice responsabile della lotta immediata, mentre la cellula sinapsi-distale diventa una cellula T di memoria.
Il modello è in contrasto con due teorie principali che sono state utilizzate per spiegare la generazione di cellule T effettore e di memoria. Alcuni ricercatori pensano che i primi visitatori degli APC diventino effettori, mentre i visitatori tardivi degli APC identici diventano cellule di memoria. Altri immunologi ritengono che le cellule effettrici si sviluppino prima e poi a volte diventino cellule di memoria più tardi nella vita.
Questi modelli, dice Reiner, “sono non economici, non parsimoniosi. Eravamo molto insoddisfatti dei modelli.”
C’erano anche suggerimenti che stava succedendo qualcos’altro. Differenziazione delle cellule T era noto per richiedere la stimolazione, una pausa, e poi più stimolazione—un processo chiamato “adescamento.”Forse, pensò Reiner, la pausa sorse perché le cellule stimolate non diventavano esse stesse sottotipi differenziati di cellule T ma dovevano prima dividersi. Ha ottenuto prove per questa teoria della divisione obbligata, ma non sapeva esattamente perché la divisione era necessaria.
L’altro indizio era che la stimolazione delle cellule T non produceva mai una popolazione pulita di un solo sottoinsieme di cellule T, indipendentemente dal cocktail di citochine usato per convincere le cellule in un’unica direzione. “Noi come un campo spazzato che sotto il tappeto, proprio come abbiamo spazzato il ritardo sotto il tappeto,” dice Reiner. “Se stimoli una cellula T, sembra avere un destino complesso.”
La svolta è arrivata quando i ricercatori hanno dato un’occhiata più da vicino—letteralmente. “Il campo di imaging ci ha davvero dato l’epifania di come potrebbe essere deterministico”, afferma Reiner. Quando i ricercatori hanno osservato le cellule T in roaming intorno ai linfonodi, hanno visto che le cellule T inizialmente rimbalzavano e si spegnevano gli APC. Ma dopo 8-10 ore, proprio quando la cellula T si sta impegnando nella divisione cellulare, si è sdraiata e ha fatto un contatto prolungato con un APC. Ci sono state affermazioni contrastanti sul fatto che il contatto sia durato fino a quando la cellula T si è divisa, ma questa distinzione “probabilmente non importa molto”, dice Reiner. “Finché la polarità è impostata, può persistere attraverso la divisione.”
“La parte difficile stava cercando di dimostrarlo”, dice Reiner. “Ha funzionato miseramente in vitro.”Dopo un anno sprecato, Reiner e colleghi hanno provato invece un sistema in vivo. Hanno etichettato le cellule T e le hanno iniettate in topi immunizzati. Dopo una pausa per consentire l’attivazione, le cellule T che non si erano ancora divise potevano essere individuate in base al loro livello completo (piuttosto che dimezzato) di fluorescenza.
Queste cellule avevano tutta una serie di determinanti di polarità e cellule effettrici su un lato della cellula, accanto alla sinapsi immunitaria, e altri determinanti di polarità e memoria sull’altro lato. Queste localizzazioni sono state mantenute attraverso la prima mitosi delle cellule T trasferite. L’ordinamento delle celle basato su questi marcatori ha rivelato che i due tipi di cellule risultanti avevano rispettivamente funzioni effettore e memoria in buona fede.
Roping nella sinapsi, spiega Reiner, una cellula mobile può sfruttare i percorsi di asimmetria che sono comunemente usati dalle cellule stazionarie. Per i ricercatori che studiano le cellule immunitarie mobili, “il nostro paradigma per la segnalazione era molto procariotico—una cellula risponde uniformemente a un segnale dall’esterno”, afferma Reiner. “Ma i linfociti dovrebbero sapere come diversificare una divisione.”
Una singola cellula T stimolata dall’antigene può creare due figlie con due destini purché non si distingua prima della divisione cellulare. E potrebbe non essere la fine della storia. Alcune cellule T fanno visite ripetute agli APC. Ogni visita può ripolarizzare la cellula e portare a una divisione che raddoppia ulteriormente la diversità funzionale del lignaggio.
Reiner ammette che alcune diversità possono fare affidamento sulla maturazione piuttosto che sui percorsi di asimmetria. Ma la logica del percorso di asimmetria è certamente attraente. “Molte persone sono state abbastanza spazzate via da esso”, dice. È impegnato a studiare per quanto tempo l’asimmetria persiste dopo la prima divisione, ma sta anche godendo della scoperta iniziale. “Non riesco a immaginare di superare questo”, dice. “È stato divertente.”