Американские ученые из Калифорнийского университета обнаружили, что гиперактивирующая мутация в белке Rac2, который регулирует подвижность клеток, приводит к явлению клеточного каннибализма, когда одни клетки поглощают другие. Это явление исследователи продемонстрировали на плодовых мушках, а также выяснили, что оно лежит в основе некоторых иммунодефицитов человека. В то же время намеренное введение гиперактивирующей мутации в белке Rac в иммунные клетки может использоваться для лечения рака в CAR-M терапии — аналоге CAR-Т терапии, где вместо Т-клеток используются макрофаги. Исследование опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Rac — это внутриклеточный белок, который регулирует работу цитоскелета клетки, благодаря чему она может передвигаться и изменять форму. В геноме человека закодировано три таких белка — Rac1, Rac2 и Rac3, которые идентичны на 95%, но различаются по тому, в каких тканях вырабатываются. Если Rac1 встречается практически повсеместно, то Rac2 экспрессируется преимущественно в клетках крови, а Rac3 — в нервной ткани. Белки Rac позволяют иммунным клеткам мигрировать из крови в ткани, обеспечивают заживление ран, разрастание сети сосудов, а также способствуют метастазированию раковых клеток.
Видео дня
Rac встречается не только у человека, но и у других организмов, в том числе у плодовых мушек (дрозофил), которые являются модельными животными в генетике. В 90-х годах, изучая работу Rac в клетках яичников плодовых мушек, биологи обнаружили необычное явление, при котором вся ткань яичников разрушалась, если в нескольких ее клетках присутствовала мутантная форма белка Rac. Было достаточно всего 6-8 клеток с гиперактивирующей мутацией в белке Rac, чтобы разрушилась вся ткань, состоящая из 900 клеток. До сих пор для ученых оставалось загадкой, в чем причина такого явления, а в новом исследовании биологи наконец поняли, что дело в клеточном каннибализме. В норме некоторые клетки ткани яичников дрозофил могут поглощать другие клетки, если они больше не нужны. Для такого каннибализма клетки используют белок Rac, благодаря которому они могут изменять форму таким образом, чтобы поглощать другие клетки. Гиперактивирующие мутации в белке Rac же приводят к тому, что клетки слишком активно погложают другие, уничтожая ткань. Клетки, которые занимаются каннибализмом, распознают другие клетки через рецепторы на их поверхности. Поэтому, чтобы доказать роль белка Rac в этом процессе, ученые провели эксперимент, в котором удалили из клеток такие рецепторы. Действительно, разрушения тканей не происходило, даже если в клетках была гиперактивированная форма белка Rac, так как они не могли распознать свою «добычу».
Впоследствии ученые обнаружили, что их открытие применимо и для человека. В 2019 году в журнале Blood была опубликована статья, в которой описывались три никак не связанных между собой пациента с иммунодефицитом. У всех из них была одна и та же гиперактивирующая мутация белка Rac2. Пациенты страдали от рецидивирующих мутаций, и всем из них потребовалась пересадка костного мозга. Проблема была в том, что у пациентов отсутствовали Т-лимфоциты — клетки приобретенного иммунитета, которые распознают и уничтожают чужеродные клетки. Проводя эксперименты на мышах с такой же мутацией, авторы исследования в журнале Blood наблюдали ту же картину: у животных не было Т-клеток. При этом их предшественники нормально развивались в костном мозге и мигрировали в тимус, где созревали, а потом пропадали. Загадку их исчезновения исследователи не смогли разгадать, но отметили, что у всех пациентов были необычно крупные нейтрофилы — лейкоциты, чья основная функция состоит в поглощении чужеродных клеток (например, бактерий) и продуктов распада тканей организмов. Из-за размера нейтрофилов можно было сделать вывод о том, что они чрезмерно активно поглощали какие-то материалы.
В новом исследовании ученые показали, что все дело в том же клеточном каннибализме. Исследователи провели эксперименты с культурами клеток, добавляя к Т-лимфоцитам макрофаги (иммунные клетки, чья функция тоже заключается в поглощении патогенов) с нормальным и мутантным белком Rac2. Макрофаги с гиперактивным Rac2 действительно поглощали больше Т-клеток. Чтобы выяснить, может ли это приводить к описанному иммунодефициту, ученые получили клетки из костного мозга мышей — носителей гиперактивирующей мутации Rac2. Вырастив из стволовых клеток макрофаги, биологи добавили их к Т-клеткам с нормальным и мутантным белком Rac2. Оказалось, что не только макрофаги с мутантным Rac2 активнее поглощали Т-клетки, но и Т-лимфоциты с мутантным с мутантным Rac2 были более подвержены поглощению. Именно это, вероятно, и стало причиной иммунодефицита, описанного в статье в Blood.
Исследователи не остановились на этом и показали, что гиперактивирующую мутацию Rac2 можно сделать полезной и использовать ее для борьбы с раком. Они рассмотрели CAR-M терапию — аналог CAR-Т терапии, при которой вместо Т-клеток используются макрофаги. При CAR-Т терапии собственные Т-лимфоциты человека генетически модифицируют так, чтобы у них появились химерные рецепторы (CAR). Благодаря ним Т-клетки могут более эффективно распознавать опухолевые клетки и уничтожать их. CAR-Т терапия показала высокую эффективность в лечении раков крови, но не солидных опухолей. При CAR-M терапии все те же манипуляции проводят с макрофагами, которые должны поглощать раковые клетки. Ученые предложили дополнительно вводить в макрофаги гиперактивирующую мутацию Rac2. Для этого они провели эксперименты, в которых использовали макрофаги с нормальным и мутантным Rac2 и вводили в них рецептор-пустышку либо CAR-рецептор для распознавания B-лимфоцитов. Клетки с нормальным Rac2, а также макрофаги с мутантным Rac2, но с рецептором-пустышкой практически не поглощали B-лимфоциты. Нормальные макрофаги с CAR-рецептором активнее «поедали» B-клетки, а макрофаги с мутантным Rac2 и CAR-рецептором делали это почти в 2 раза активнее. На основе этого ученые предложили более эффективную модификацию CAR-M терапии — RaceCAR-M терапию. В дальнейшем ученые продолжать исследовать этот подход на клетках человека, а также на животных моделях рака.
