Nghiên cứu mới có ý nghĩa trong việc kiểm soát hoạt động của tế bào T

Các nhà khoa học thường không mong đợi thấy một thụ thể hạt nhân như RARα đóng vai trò này bên ngoài nhân tế bào. Tuy nhiên, những phát hiện mới cho thấy các tế bào T không thể bắt đầu chống lại bệnh tật nếu không có dạng RARα trong tế bào chất.

Giáo sư Hilde Cheroutre, Ph.D. , người dẫn đầu nghiên cứu mới tại Viện Miễn dịch học La Jolla (LJI) cùng với Trợ lý Giáo sư Samuel Myers, Tiến sĩ của LJI, Tiến sĩ, Giáo sư Mitchell Kronenberg của LJI và Giáo sư Danh dự Amnon Altman, Tiến sĩ của LJI.

Nghiên cứu này cũng là kết quả của sự hợp tác thành công với các nhà khoa học tại Trung tâm Khoa học Y tế Tích hợp RIKEN ở Nhật Bản và các nhóm địa phương tại UC San Diego và Viện Salk.

Để hiểu phát hiện này, nó giúp hình dung vị trí địa lý của một tế bào T. Nhân tế bào (với DNA được bó lại) nằm ở giữa tế bào. Các phân tử và cấu trúc tế bào khác được gọi là bào quan trôi nổi trong tế bào chất bên ngoài nhân được bao quanh bởi một màng ở biên tế bào (màng tế bào).

Các phân tử đặc biệt được gọi là thụ thể tế bào T (TCR) nằm trên màng tế bào, nơi chúng nhận thông tin từ các tế bào khác. Bạn có thể tưởng tượng TCR là những người phát hiện lửa, những người quan sát tìm kiếm khói từ những cabin xa xôi trong vùng hoang dã. Giống như những người phát hiện hỏa hoạn cần cảnh báo cho các quan chức về bất kỳ đám khói nào ở xa, TCR cần nhanh chóng phát tín hiệu cho trụ sở chính - nhân tế bào - nếu họ phát hiện ra mối đe dọa tiềm ẩn, chẳng hạn như vi rút hoặc tế bào ung thư.

Việc gửi tín hiệu đó đến nhân tế bào là rất quan trọng để kích hoạt biểu hiện gen nhằm biến đổi tế bào T thành tế bào chiến đấu. Nhưng TCR không thể nhấc điện thoại, vậy làm thế nào để chúng báo cho nhân tế bào ở xa gặp sự cố?

Quá trình báo hiệu là hấp dẫn. Sau khi TCR được kích hoạt, các phân tử được gọi là kinase (enzym bổ sung phốt phát vào protein) hoạt động với các bộ điều hợp yêu cầu các protein gần đó "nhấp chuột" vào nhau và lắp ráp một "phức hợp kích hoạt" phân tử đặc biệt. Phức hợp này được gọi là một thể tín hiệu TCR, và nó kết hợp với nhau ngay bên trong màng tế bào. Cheroutre cho biết: “TCR signalosome cực kỳ quan trọng để làm trung gian giao tiếp giữa bên ngoài và bên trong tế bào.

Và mặc dù thể tín hiệu TCR đã được nhiều người nghiên cứu trong nhiều năm, nhưng chưa ai từng phát hiện ra RARα trong tổ hợp kích hoạt này trước đây.

"Phát hiện mới này sẽ thay đổi cách chúng ta nghĩ về tín hiệu TCR," Kronenberg nói.

Khám phá vai trò của RARα

Bí mật của RARα được đưa ra ánh sáng nhờ sự phát triển của các kỹ thuật CRISPR, những tiến bộ trong kỹ thuật chụp ảnh và khối phổ -- và nhiều năm làm việc chăm chỉ của nhóm LJI và các cộng tác viên.

quảng cáo

RARα thuộc họ lớn các thụ thể axit retinoic thường nằm trên vùng kiểm soát của gen mục tiêu trong nhân. Các thụ thể axit retinoic này tuyển dụng các phân tử chất ức chế và chất kích hoạt cho phép chúng "tắt" hoặc "bật" biểu hiện của các gen mục tiêu này. Công việc quan trọng này trong nhân đã mang lại cho các thụ thể axit retinoic danh hiệu "thụ thể nhân".

Vài năm trước, Cheroutre và các đồng nghiệp của cô đã công bố nghiên cứu cho thấy axit retinoic (RA), mà chúng ta nhận được từ vitamin A, kích hoạt RARα hạt nhân và biểu hiện gen quan trọng đối với sự biệt hóa của các tế bào T điều tiết ức chế làm giảm phản ứng miễn dịch.

Đối với nghiên cứu mới, Cheroutre muốn tìm hiểu cách thức axit retinoic kiểm soát số phận ức chế tế bào T, vì vậy phòng thí nghiệm của cô bắt đầu xem xét kỹ hơn các thụ thể axit retinoic, chẳng hạn như RARα.

Các nhà nghiên cứu đã rất tò mò khi phát hiện ra rằng RARα thực sự có hai biến thể, được gọi là các dạng đồng phân. Cheroutre cho biết: "Những đồng dạng này được mã hóa bởi cùng một gen, nhưng chúng khác nhau một chút ở một đầu. Tuy nhiên, hậu quả là quan trọng hơn và khóa một dạng trong tế bào chất trong khi dạng kia bị giới hạn trong nhân".

Hai dạng đồng phân này có thể đóng vai trò khác nhau trong các tế bào T không? Nhìn kỹ hơn, các nhà nghiên cứu nhận ra rằng đồng dạng RARα này không phản ứng với axit retinoic và thậm chí không có thiết bị phù hợp để hoạt động như một thụ thể hạt nhân.

Cheroutre nói: “Nó không có các công cụ quan trọng đối với các thụ thể hạt nhân, cụ thể là khả năng tương tác với DNA và khả năng chuyển vị trí từ tế bào chất sang nhân”.

Sử dụng các kỹ thuật chỉnh sửa gen CRISPR để điều chỉnh biểu hiện của hai dạng đồng phân, các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng việc điều chỉnh đồng dạng tế bào chất gây ra các vấn đề lớn đối với tín hiệu TCR trong tế bào chất và làm suy yếu quá trình giao tiếp với trung tâm điều khiển trong nhân.

Khi họ biết nơi để tìm đồng dạng RARα này, các nhà nghiên cứu đã cố gắng tìm ra những protein khác mà RARα tương tác với. Công trình này đã tiết lộ các tương tác với kinase ZAP70, một thành phần chính của bộ tín hiệu TCR.

Một manh mối ban đầu, quan trọng khác cho thấy RARα có vai trò bên ngoài hạt nhân đến từ công trình proteomics do Phòng thí nghiệm Myers dẫn đầu. Các nhà nghiên cứu đã sử dụng các kỹ thuật trong khối phổ để phát hiện một quá trình gọi là quá trình phosphoryl hóa, đó là khi một phân tử gọi là nhóm phosphoryl được gắn vào protein bởi một kinase ngược dòng.

Đối với các tế bào T, quá trình phosphoryl hóa thúc đẩy các protein quan trọng hoạt động khi mối đe dọa cận kề. Myers cho biết: “Có hàng trăm đến hàng nghìn sự kiện phosphoryl hóa năng động xảy ra trong khoảng một giờ đầu tiên của quá trình kích thích tế bào T”.

Khi Myers và các đồng nghiệp của ông kiểm tra dữ liệu của họ, họ đã rất ngạc nhiên khi phát hiện ra một sự kiện phosphoryl hóa liên quan đến RARα. Trên thực tế, quá trình phosphoryl hóa RARα bắt đầu chỉ ba phút sau khi kích hoạt tế bào T. Myers cho biết: “Bởi vì sự kiện này xảy ra quá sớm nên những phát hiện của chúng tôi cho thấy rằng quá trình phosphoryl hóa RARα này ở gần thụ thể tế bào T - và nó bùng nổ hoạt động ngay sau khi TCR được kích thích”.

Phát hiện này đã bổ sung thêm bằng chứng rằng đồng dạng tế bào chất của RARα được kích hoạt bởi TCR thay vì RA như RARα hạt nhân. Do đó, dạng RARα mới này đại diện cho một thành phần thiết yếu của phức hợp kích hoạt TCR/ZAP70 ở bề mặt tế bào.

Cheroutre và các đồng nghiệp của cô sau đó đã làm sáng tỏ một hiện tượng hấp dẫn khác trong tế bào chất. Các nhà khoa học biết rằng RA, hiện diện trong máu và được các tế bào T hấp thụ, tiếp tục được vận chuyển đến nhân bởi một phân tử gọi là protein liên kết axit retinoic tế bào 2 (CRABP2). CRABP2 trong tế bào chất liên kết với RA và mang nó vào nhân tế bào, nơi nó kích hoạt RARα hạt nhân.

Các nhà nghiên cứu đã chỉ ra rằng nếu không có CRABP2, RA vẫn ở trong tế bào chất của tế bào T và thay vì kích hoạt RARα tế bào chất, nó can thiệp vào RARα được TCR kích hoạt trong tế bào chất và ngăn chặn quá trình kích hoạt tế bào T. Kết quả là, tế bào T không còn có thể chống nhiễm trùng hoặc tiêu diệt tế bào ung thư một cách hiệu quả. Mặt tốt của hiện tượng này là sự can thiệp của RA với RARα tế bào chất làm giảm phản ứng viêm của tế bào T. Các nhà nghiên cứu cho rằng quá trình này có thể trở thành một mục tiêu quan trọng để chống lại các bệnh tự miễn dịch và các bệnh viêm nhiễm khác.

Nghiên cứu mới nhấn mạnh tầm quan trọng của việc hiểu không chỉ vị trí của thụ thể mà cả tài năng đặc biệt và các đối tác tương tác của nó.

Cheroutre cho biết: "Các thụ thể axit retinoic thực sự là 'các chất tạo phức hợp' và tất cả phụ thuộc vào người mà chúng tuyển dụng hoặc từ chối. Chúng có khả năng duy nhất để tham gia vào các phân tử và giải phóng các phân tử khác". "Các thụ thể axit retinoic là 'kiến trúc sư' của phức hợp."

Nghiên cứu hiện tại tập trung vào các tế bào T, nhưng nó có thể có ý nghĩa đối với việc hiểu tín hiệu trong nhiều loại tế bào khác. Ví dụ, Phòng thí nghiệm Cheroutre đã tiếp tục cho thấy sự biểu hiện quá mức của đồng dạng RARα này trong tế bào chất của tế bào ung thư. RARα ngoài hạt nhân đang làm gì ở đó? Nó giúp chuyển tiếp những tín hiệu gì?

Cheroutre cho biết: “Hiểu được vai trò của thụ thể này có ý nghĩa quan trọng đối với việc nghiên cứu khả năng miễn dịch bảo vệ, liệu pháp chống ung thư, bệnh tự miễn dịch và các bệnh thần kinh”.

Phòng thí nghiệm Myers sẽ dẫn đầu các bước tiếp theo trong nghiên cứu này. Myers hy vọng tìm ra chính xác RARα làm gì trong tổ hợp tín hiệu TCR/ZAP70. "Nó có điều chỉnh cường độ hoặc thời lượng tín hiệu không? Sự thay đổi đó trong tín hiệu truyền đến biểu hiện gen và hoạt động của tế bào T như thế nào?" anh ấy hỏi. Phòng thí nghiệm của ông có kế hoạch sử dụng phương pháp "hóa sinh hệ thống" để nghiên cứu sâu hơn về vai trò của RARα tế bào chất và hạt nhân trong quá trình kích hoạt và biệt hóa tế bào T.

Myers cho biết: “Mục tiêu cuối cùng là để xem liệu chúng ta có thể xác định một con đường mới, hoặc một tập hợp các con đường, có thể được khai thác để kiểm soát các bệnh tự miễn và chứng viêm hoặc tăng cường khả năng miễn dịch bảo vệ để loại bỏ khối u hoặc chống nhiễm trùng hay không”.

Nguồn Viện Miễn dịch học La Jolla