Т-клетки нашли второй путь к лейкозу, который считался невозможным

Клетки острого миелоидного лейкоза продолжали погибать даже после удаления системы, через которую Т-клетки обычно распознают свои мишени

У иммунной системы есть проблема, похожая на проблему службы безопасности: чтобы уничтожить опасный объект, его сначала нужно правильно опознать.

Именно поэтому результат эксперимента исследователей из Онкологического центра имени М. Д. Андерсона Техасского университета оказался настолько неожиданным. Ученые лишили клетки острого миелоидного лейкоза одного из главных механизмов, позволяющих Т-клеткам распознавать мишень.

По существующей модели после этого лейкозные клетки должны были стать для них почти невидимыми.

Но Т-клетки продолжили их убивать.

Как Т-клетка обычно узнает раковую клетку

Чтобы понять значение работы, нужно сначала разобраться в обычном механизме иммунного распознавания.

На поверхности большинства клеток находятся молекулы главного комплекса гистосовместимости — MHC. В данном случае речь прежде всего идет о MHC класса I.

Их можно представить как небольшие «витрины». Клетка постоянно выставляет на них короткие фрагменты своих белков — пептиды. Благодаря этому иммунная система получает возможность оценивать, что происходит внутри клетки.

Цитотоксическая Т-клетка проверяет такую витрину своим Т-клеточным рецептором — TCR.

Если TCR узнает определенный пептид в комплексе с подходящей молекулой MHC, Т-клетка получает сигнал атаковать.

Эту систему обычно описывают формулой: пептид + MHC → TCR → уничтожение клетки.

Для противоопухолевого иммунитета это чрезвычайно важно. Но у системы есть слабое место.

Рак может просто убрать свою «витрину»

Опухолевые клетки способны снижать количество MHC или полностью терять его. Для опухоли это один из способов иммунного уклонения: опасные белки внутри клетки остаются, но показать их Т-клетке становится сложнее.

Именно поэтому потеря MHC считается потенциальной проблемой для противоопухолевого иммунитета и некоторых видов Т-клеточной терапии.

Исследователи решили проверить эту ситуацию на клетках острого миелоидного лейкоза — ОМЛ.

ОМЛ возникает в кроветворной системе, прежде всего в костном мозге, и способен быстро прогрессировать. Несмотря на развитие таргетной терапии и трансплантации гемопоэтических стволовых клеток, рецидивы и устойчивость к лечению остаются серьезной проблемой.

Ученые с помощью генетического редактирования нарушили у клеток ОМЛ обычный механизм представления антигена через MHC класса I.

Логика эксперимента была простой: если убрать систему, необходимую Т-клетке для распознавания мишени, иммунная атака должна резко ослабнуть.

Этого не произошло.

Лейкоз потерял MHC — но Т-клетки продолжили атаковать

Активированные цитотоксические Т-клетки продолжали эффективно уничтожать клетки ОМЛ даже тогда, когда обычное распознавание через MHC было нарушено.

Эффект исследователи наблюдали не только в нескольких лабораторных клеточных линиях. Он проявлялся и в первичных образцах ОМЛ, полученных от пациентов, в том числе в образцах с неблагоприятными молекулярными характеристиками и после предшествующего лечения.

Это принципиально важный момент.

Эксперимент показывал не просто необычное поведение одной искусственно выращенной клеточной линии. Возникало подозрение, что у активированных Т-клеток действительно существует дополнительный способ взаимодействия с клетками миелоидного лейкоза.

Но какой?

Сначала подозрение пало на естественных киллеров

Есть иммунные клетки, для которых атака без обычного распознавания через MHC не выглядит странной. Это NK-клетки — natural killer cells, или естественные киллеры.

Поэтому исследователи проверили несколько механизмов, характерных для NK-подобного распознавания.

Они вмешивались в работу таких систем, как NKG2D, DNAM-1, NKp30, TRAIL и других потенциальных участников взаимодействия между иммунной и опухолевой клеткой.

Ни одна из них не объяснила наблюдаемый эффект полностью.

Тогда возник еще более интересный вопрос.

Если MHC для атаки не нужен, возможно, Т-клеточный рецептор TCR тоже не нужен?

И здесь эксперимент перевернул первоначальную картину

Исследователи удалили TCR из Т-клеток.

И способность эффективно уничтожать клетки ОМЛ исчезла.

Получался на первый взгляд парадокс.

Т-клетке был необходим ее главный рецептор — TCR.

Но привычная мишень этого рецептора — комплекс пептида с MHC — для наблюдаемой цитотоксичности была не обязательна.

Именно здесь находится главный интеллектуальный поворот исследования.

Речь идет не о том, что Т-клетка вдруг превращается в NK-клетку и начинает убивать все подозрительные клетки без разбора.

Исследование показывает более необычную ситуацию: активированный TCR остается необходимой частью системы, но уничтожение клетки ОМЛ может происходить без традиционного распознавания конкретного комплекса пептид–MHC.

Значит, в механизме присутствует еще один участник.

Геномный поиск вывел ученых на CD64

Чтобы найти его, исследователи провели полногеномный CRISPR-скрининг.

Принцип такого эксперимента можно представить как систематический поиск детали, без которой механизм перестает работать.

Ученые выключали различные гены в клетках ОМЛ, а затем многократно подвергали эти клетки атаке Т-лимфоцитов. Если после отключения определенного гена клетка начинала выживать, этот ген становился кандидатом на участие в механизме иммунного уничтожения.

Среди наиболее важных сигналов оказался FCGR1A — ген, кодирующий белок CD64.

CD64 — высокоаффинный рецептор к Fc-фрагменту иммуноглобулина G. Он характерен прежде всего для клеток миелоидного происхождения, то есть той же клеточной линии, из которой развивается ОМЛ.

Когда исследователи удаляли CD64 из клеток лейкоза, они становились значительно устойчивее к необычной атаке Т-клеток.

Обратный эксперимент дал противоположный результат.

Когда CD64 искусственно добавляли клеткам, которые обычно были относительно устойчивы к такой атаке, они становились более уязвимыми для Т-клеток.

Это сделало CD64 одним из центральных элементов обнаруженного механизма.

Но CD64 — не новый «замок» для TCR

Здесь особенно важно не сделать слишком сильный вывод.

Исследование не показало, что CD64 является самостоятельным новым антигеном, который TCR просто научился узнавать вместо комплекса пептид–MHC.

Авторы прямо указывают, что CD64 необходим, но сам по себе недостаточен для объяснения всей системы.

Более того, точный молекулярный механизм взаимодействия пока остается неизвестным.

Дополнительные эксперименты с растворимым CD64 также показывают, что история сложнее простой схемы «CD64 напрямую связывается с TCR и включает уничтожение».

Поэтому корректнее говорить о CD64-зависимом пути цитотоксичности, а не о полностью расшифрованном новом рецепторном механизме.

Интерферон-гамма может готовить соседние клетки к атаке

Еще одна важная часть исследования касается интерферона-гамма — IFN-γ.

Это сигнальная молекула, которую активированные Т-клетки выделяют во время иммунной реакции.

CRISPR-скрининг указал не только на CD64, но и на гены, участвующие в передаче сигнала интерферона-гамма. В экспериментах IFN-γ увеличивал экспрессию CD64 на некоторых клетках ОМЛ.

Из этого авторы предлагают модель, которая помогает связать отдельные результаты в единую картину.

Сначала Т-клетка встречает лейкозную клетку, которую она способна распознать обычным способом через пептид, MHC и TCR.

Т-клетка активируется и выделяет интерферон-гамма.

Этот сигнал способен увеличить количество CD64 на расположенных рядом клетках ОМЛ — в том числе на тех, которые не несут нужного антигена или потеряли MHC класса I.

После этого активированные Т-клетки получают возможность уничтожать часть таких соседних клеток через дополнительный CD64-зависимый механизм.

Авторы называют их bystander cells — клетками, оказавшимися рядом с первоначальной иммунной мишенью.

Иммунная атака может распространяться дальше первой мишени

Именно здесь исследование становится особенно интересным для понимания биологии рака.

Опухоль неоднородна. Даже внутри одного пациента разные злокачественные клетки могут отличаться по набору антигенов и способности представлять их иммунной системе.

Представьте опухоль, где часть клеток хорошо показывает нужный антиген, а часть уже научилась его скрывать или потеряла MHC.

При исключительно классической модели иммунного распознавания вторая группа получает серьезное преимущество: Т-клетки могут просто перестать ее видеть.

Предложенная авторами модель допускает другую возможность.

Первоначальное распознавание одних клеток активирует Т-лимфоциты и изменяет локальную среду. После этого иммунная атака потенциально может распространяться на соседние клетки ОМЛ, которые уже не соответствуют исходной мишени.

Это не означает, что потеря MHC перестает быть механизмом иммунного уклонения.

Но для ОМЛ она, возможно, не всегда дает опухолевой клетке ту степень защиты от активированных Т-клеток, которую можно было ожидать исходя из классической схемы.

Почему это может быть связано с трансплантацией стволовых клеток

Авторы обращают внимание еще на одну возможную связь.

Аллогенная трансплантация гемопоэтических стволовых клеток — один из наиболее мощных иммунных методов лечения ОМЛ. Ее эффект связан не только с предварительной терапией, но и с реакцией «трансплантат против лейкоза»: иммунные клетки донора способны уничтожать оставшиеся злокачественные клетки пациента.

Обнаруженный механизм потенциально помогает понять, почему иммунная атака после трансплантации иногда способна действовать шире, чем можно было бы ожидать исключительно из классического распознавания отдельных опухолевых антигенов.

Но пока это именно биологическая гипотеза, а не доказанное объяснение клинической эффективности трансплантации.

Исследование проводилось преимущественно в экспериментальных системах: на клеточных линиях и первичных образцах ОМЛ ex vivo. Оно не проверяло, насколько велик вклад CD64-зависимого механизма непосредственно в организме пациентов после трансплантации.

Нового лечения лейкоза пока не появилось

Это ограничение принципиально важно.

Работа не является клиническим исследованием нового препарата или клеточной терапии.

Она не показывает, что повышение CD64 улучшает выживаемость пациентов, и не доказывает, что этот механизм уже можно безопасно использовать для лечения ОМЛ.

Неизвестно и то, насколько универсален обнаруженный путь у разных пациентов.

CD64 экспрессируется не только злокачественными клетками. Это нормальный рецептор клеток миелоидной системы, поэтому любое будущее терапевтическое вмешательство потребует понимания возможного воздействия на здоровые клетки.

Наконец, остается главный фундаментальный вопрос: каким именно образом CD64 участвует в контакте между клеткой ОМЛ и активированной Т-клеткой и какие еще молекулы необходимы для запуска цитотоксичности.

Авторы прямо указывают, что дополнительные рецептор-лигандные пары пока не идентифицированы.

Почему открытие все равно меняет представление о Т-клетках

Ценность этой работы сейчас заключается прежде всего не в готовом лечении, а в изменении биологической модели.

Классическая схема говорит: TCR распознает определенный пептид, представленный подходящей молекулой MHC, после чего Т-клетка уничтожает мишень.

Исследование показывает, что для активированных цитотоксических Т-клеток при ОМЛ эта схема может быть не единственной.

TCR остается необходимым.

Но непосредственное уничтожение некоторых клеток может происходить без классического распознавания пептида через MHC и зависеть от CD64.

Если дальнейшие исследования подтвердят значение этого механизма в организме человека, следующий вопрос будет уже терапевтическим: можно ли использовать его для усиления иммунной атаки на те клетки лейкоза, которые научились уходить от стандартного распознавания.

До ответа на этот вопрос еще далеко.

Но иногда важное открытие начинается именно с результата, который эксперимент по всем правилам не должен был показать.