när det utmanas av en inkräktare genererar immunsystemet en förvirrande mängd olika T-lymfocytundergrupper. Celler i funktionellt distinkta delmängder delar på något sätt specificitet för ett identiskt antigen. En mekanism för att generera denna klonala mångfald förklaras nu av John Chang, Vikram Palanivel, Steven Reiner (University of Pennsylvania, Philadelphia, PA) och kollegor.
polaritet och öde markörer (röd och grön) segregerar under den första uppdelningen av stimulerade T-celler.
REINER / AAAS
delmängderna, säger forskarna, härrör från den första asymmetriska uppdelningen som en naiv T-cell gör efter att ha stimulerats av antigen. Källan till asymmetrin är immunsynapsen-anslutningen av den naiva T-cellen till den antigenpresenterande cellen (APC) som stimulerar den. När T-cellen delar sig blir den synapse-proximala T-cellen en effektorcell som är ansvarig för omedelbar kamp, medan den synapse-distala cellen blir en minnes-T-cell.
modellen står i kontrast till två huvudteorier som har använts för att förklara genereringen av effektor-och minnes-T-celler. Vissa forskare tror att tidiga besökare till APC blir effektorer, medan sena besökare till identiska APC blir minnesceller. Andra immunologer tror att effektorceller utvecklas först och sedan ibland blir minnesceller senare i livet.
dessa modeller, säger Reiner, ” är icke-ekonomiska, icke-simulerade. Vi var mycket missnöjda med modellerna.”
det fanns också antydningar om att något annat pågick. T-celldifferentiering var känd för att kräva stimulering, en paus och sedan mer stimulering—en process som kallas ”priming.”Kanske, tänkte Reiner, uppstod pausen eftersom celler som stimulerades inte själva blev differentierade undertyper av T-celler utan var tvungna att dela först. Han fick bevis för denna obligatoriska delningsteori men visste inte exakt varför uppdelningen behövdes.
den andra ledtråden var att stimulering av T-celler aldrig producerade en ren population av bara en delmängd av T-celler, oavsett vilken cocktail av cytokiner som användes för att koaxa cellerna i en enda riktning. ”Vi som ett fält svepte det under mattan, precis som vi svepte förseningen under mattan”, säger Reiner. ”Om du stimulerar en T-cell verkar det ha ett komplext öde.”
genombrottet kom när forskare tittade närmare—bokstavligen. ”Bildfältet gav oss verkligen Epifanien om hur det kunde vara deterministiskt”, säger Reiner. När forskare tittade på T-celler som roaming runt lymfkörtlar såg de att T-celler ursprungligen studsade på och av APC. Men efter 8-10 timmar, precis när T-cellen förbinder sig till celldelning, lade den sig ner och gjorde långvarig kontakt med en APC. Det fanns motstridiga påståenden om huruvida kontakten varade tills T-cellen delades, men den skillnaden ”spelar förmodligen ingen roll så mycket”, säger Reiner. ”Så länge polariteten är inställd kan den bestå genom uppdelningen.”
”den svåra delen försökte bevisa det”, säger Reiner. ”Det fungerade eländigt in vitro.”Efter ett bortkastat år försökte Reiner och kollegor istället ett in vivo-system. De märkte T-celler och injicerade dem i immuniserade möss. Efter en paus för att möjliggöra aktivering kunde T-celler som ännu inte hade delats upp upptäckas baserat på deras fulla (snarare än halverade) nivå av fluorescens.
dessa celler hade en hel mängd polaritet och effektorcelldeterminanter på ena sidan av cellen, bredvid immunsynapsen, och andra polaritet och minnescelldeterminanter på andra sidan. Dessa lokaliseringar upprätthölls genom den första mitosen av de överförda T-cellerna. Att sortera cellerna baserat på dessa markörer avslöjade att de två resulterande celltyperna hade bona-fide effektor respektive minnesfunktioner.
genom att ropa i synapsen, förklarar Reiner, kan en mobilcell dra nytta av asymmetrivägar som vanligtvis används av stationära celler. För forskare som studerade mobila immunceller var” vårt paradigm för signalering mycket prokaryota—en cell svarar enhetligt på en signal från utsidan”, säger Reiner. ”Men lymfocyter borde veta hur man diversifierar en uppdelning.”
en enda antigenstimulerad T-cell kan skapa två döttrar med två öden så länge den inte skiljer sig före celldelningen. Och det kanske inte är slutet på historien. Vissa T-celler gör upprepade besök på APC. Varje besök kan repolarisera cellen och leda till en uppdelning som ytterligare fördubblar härstamningens funktionella mångfald.
Reiner medger att viss mångfald kan förlita sig på mognad snarare än asymmetrivägar. Men logiken i asymmetri vägen är verkligen tilltalande. ”Många människor har blivit ganska blåst bort av det”, säger han. Han är upptagen med att studera hur länge asymmetrin kvarstår efter första divisionen, men njuter också av den första upptäckten. ”Jag kan inte tänka mig att toppa den här”, säger han. ”Det har varit kul.”