Rozwój limfocytów B, białych krwinek wytwarzających przeciwciała, przebiega według etapów: wspólne progenitory limfoidalne, komórki pre-pro-B, komórki pro-B, komórki pre-B, niedojrzałe komórki B, a następnie bardziej dojrzałe i wyspecjalizowane komórki B komórki. Do czasu, gdy rozwój osiągnie etap pro-B, komórka ma pozostać komórką B, a nie komórką innego typu.
Jednak naukowcy ze Szkoły Medycyny Weterynaryjnej i Perelman School of Medicine odkryli, że nokaut komórek pro-B YY1in upośledza to zaangażowanie linii, umożliwiając niezwykłą plastyczność w tworzeniu komórek krwi. YY1 jest wszechobecnym czynnikiem transkrypcyjnym, zdolnym zarówno do aktywacji, jak i represji i odgrywa znaczącą rolę w proliferacji i replikacji komórek, naprawie DNA i rozwoju zarodków.
Odkryli, że komórki pro-B z nokautem YY1 mogą generować komórki linii T, które pomagają komórkom B wytwarzać przeciwciała – in vitro i na modelu mysim. Wyniki ich badań zostały opublikowane w czasopiśmie Geny i rozwój.
„Dane okazały się lepsze niż moja najśmielsza fantazja” – mówi starszy autor Michael Atchison, profesor nauk biomedycznych w Penn Vet. O YY1 mówi: „Ponieważ występuje wszędzie i jest związany z tak wieloma liniami, potencjał medycyny regeneracyjnej jest dość duży”.
Wyobraża sobie możliwość tymczasowego powalenia YY1, popchnięcia komórek w innym kierunku, a następnie usunięcia bloku, dzięki czemu teraz istnieje nowa linia. Na przykład komórki mięśniowe można ponownie wszczepić pacjentowi z chorobą mięśni.
„Chociaż zaobserwowano plastyczność linii komórek B po nokaucie kilku specyficznych dla danej linii czynników transkrypcyjnych” – piszą autorzy, „YY1 jest wyjątkowy, ponieważ jest wszechobecnym czynnikiem transkrypcyjnym wyrażanym we wszystkich typach komórek, co sugeruje potencjalnie uniwersalny mechanizm zaangażowania linii”.
Atchison mówi, że zaraz po rozpoczęciu pracy w Penn Vet jako adiunkt w 1989 r. jeden z jego doktorantów sklonował YY1. To był czas, kiedy szokujące było to, że czynnik transkrypcyjny może aktywować niektóre geny, tłumiąc ekspresję innych, mówi. Ponad 30 lat temu kilka laboratoriów opublikowało artykuł na ten temat jednocześnie, a inny badacz nazwał czynnik transkrypcyjny Yin Yang 1 ze względu na tę podwójną funkcję.
Atchison twierdzi, że prace nad tym artykułem rozpoczęły się prawie dziesięć lat temu od byłego badacza ze stopniem doktora, który analizując dane dotyczące sekwencjonowania RNA, wpadł na pomysł, że komórki pro-B z nokautem YY1 mogą przekształcić się w limfocyty T. Sarmistha Banerjee, pierwsza autorka artykułu, przejęła tę pracę jako starszy badacz w Penn.
Naukowcy wyeliminowali YY1 za pomocą CRE napędzanego Mb1. CRE to białko, które może usuwać DNA, a Mb1 to promotor kierujący ekspresją CRE w komórkach pro-B.
„Widzieliśmy, jak zachodzi przejście od B do T i myśleliśmy, że będzie to stopniowe przejście, ale było kilka dziwnie wyglądających genów, które uległy ekspresji w dojrzałych komórkach T, które się rozwinęły” – mówi Atchison. Współautor Joshua Rhoades, bioinformatyk, zasugerował wykonanie sekwencjonowania RNA pojedynczych komórek, które, jak twierdzi Atchison, „okazało się naprawdę transformacyjne. Potem zobaczyliśmy, że pojawiają się wszystkie inne typy komórek”.
Dane sekwencjonowania wykazały, że w miarę rozwoju w hodowli komórek pro-B z nokautem YY1, 85% zidentyfikowano jako komórki monocytarne lub dendrytyczne, które biorą udział w prezentacji antygenów komórkom B i T w celu wywołania odpowiedzi immunologicznej, podczas gdy tylko 3% zidentyfikowano jako komórki Komórki T. Jednak inkubacja przez trzy tygodnie spowodowała obniżenie poziomu większości genów linii alternatywnej i zwiększoną ekspresję genów linii T.
„Bardzo użytecznym, wnikliwym i nieoczekiwanym odkryciem było to, że kiedy przesuwaliśmy limfocyty B do limfocytów T, w odpowiednim środowisku limfocytów T, zaobserwowaliśmy, że podczas tego przejścia (w połowie) wytwarzały one wiele innych typów komórek” mówi współautorka Sarah Naiyer, pracownik naukowy w dziedzinie immunologii w Penn. Mówi: „Ponieważ pokazaliśmy, że w ten proces zaangażowany był Notch, receptor w wysoce konserwatywnym szlaku sygnalizacji komórkowej, może to oznaczać, że to gradient sygnalizacji Notch jest wymagany do wytworzenia innych typów komórek we wczesnej fazie, gdy hamuje także ich różnicowanie na późniejszych etapach, wypychając je do limfocytów T.”
Atchison twierdzi, że z satysfakcją obserwował powtórzenie tych wyników in vivo. „To prawie pokrywa się z naszymi fantazjami na temat zmian genomu po wyeliminowaniu YY1 i tego, dlaczego pozwala to komórkom na mniejsze przywiązanie do jednej linii i umożliwienie im skierowania się w innym kierunku” – mówi.
Patrząc w przyszłość, górę danych zgromadzonych przez zespół „można eksplorować przez długi czas, aby sprawdzić, co się stanie, gdy pokonasz YY1” – mówi Atchison. „Przyjrzeliśmy się niewielkiej garstce genów, ale w genomie jest 20 000 genów i wiele możemy zrobić, korzystając z samych danych, które posiadamy”.
Innym kierunkiem badań byłoby sprawdzenie, jak dobrze nokaut YY1 działa w innych typach komórek i tkankach, a innym byłoby sprawdzenie, czy komórki T mogą jeszcze przenieść się do innej linii.
Michael Atchison jest profesorem na Wydziale Nauk Biomedycznych, dyrektorem VMD-Ph.D. Program i dyrektor letniego programu badawczego NIH/Boehringer-Ingelheim w Szkole Medycyny Weterynaryjnej Uniwersytetu Pensylwanii.
Sarmistha Banerjee jest byłą badacz w laboratorium Atchison w Penn Vet.
Sarah Naiyer jest pracownikiem naukowym w dziedzinie immunologii w Penn Vet.
Joshua Rhoades jest bioinformatykiem w Penn Vet.
Pozostali współautorzy to Nasreen Bano, Dawei Dong, Suchita Hodawadekar i Sulagna Sanyal z Penn Vet; oraz David Allman i Anupam Banerjee z Wydziału Patologii i Medycyny Laboratoryjnej w Perelman School of Medicine.
Praca ta była wspierana przez National Institutes of Health (granty R01AI162879, R01AI155540, R01AI139123 i R01AI175185) oraz nagrodę Aspire od Mark Foundation for Cancer Research.
