Komórki naszego układu odpornościowego są wyposażone w zaawansowany mechanizm wykrywania zagrożeń, porównywalny do zdolności psów tropiących. Kluczową rolę odgrywają w tym receptory Toll-podobne (TLR), które rozpoznają specyficzne sygnały chemiczne wskazujące na obecność patogenów. Dzięki nowatorskim badaniom naukowców z Uniwersytetu w Bonn oraz Szpitala Uniwersyteckiego w Bonn zyskujemy lepsze zrozumienie tych procesów, co może przyczynić się do opracowania nowych terapii przeciwko chorobom zakaźnym, nowotworom, cukrzycy czy demencji. Wyniki tego przełomowego badania zostały opublikowane w „Nature Communications”, 12 listopada 2024 roku.
Jak działają receptory TLR?
Receptory TLR są obecne na powierzchni wielu komórek, szczególnie tych w błonach śluzowych i układzie odpornościowym. Funkcjonują one jak czujniki chemiczne, reagując na charakterystyczne „zapachy” zagrożeń, takie jak cząsteczki pochodzące z bakterii czy wirusów. Kiedy receptor TLR zostaje aktywowany, uruchamia kaskadę reakcji w komórkach odpornościowych. Na przykład komórki żerne rozpoczynają fagocytozę, czyli proces pochłaniania i niszczenia patogenów. Jednocześnie inne komórki wysyłają sygnały chemiczne, które mobilizują dodatkowe zasoby układu odpornościowego i inicjują stan zapalny.
Istnieje wiele grup TLR, z których każda reaguje na określone sygnały chemiczne. Przykładowo, lipopolisacharydy (LPS), będące elementami ściany komórkowej bakterii, aktywują specyficzne TLR. Jednak różne cząsteczki mogą aktywować ten sam receptor w odmienny sposób, prowadząc do różnorodnych reakcji układu odpornościowego.
Nowa metoda badawcza: szybciej i efektywniej
Tradycyjne metody badania receptorów TLR wymagały czasochłonnego znakowania cząsteczek za pomocą barwników fluorescencyjnych. W nowym podejściu naukowcy zastosowali technikę opartą na obserwacji zmian kształtu komórek, które następują w odpowiedzi na kontakt z sygnałem chemicznym. Komórki umieszczono na specjalnie powlekanych przezroczystych płytkach i oświetlono szerokopasmowym światłem. W wyniku interakcji światła z komórkami zarejestrowano różnice w odbijanych długościach fal, co pozwoliło na dokładne określenie reakcji komórek.
Pierwsze eksperymenty wykazały, że lipopolisacharydy pochodzące z różnych bakterii – takich jak E. coli i Salmonella – wywołują odmienne zmiany w widmie odbijanego światła, mimo że aktywują ten sam receptor TLR. Sugeruje to, że TLR mogą interpretować różne sygnały w specyficzny sposób, co prowadzi do unikalnych odpowiedzi komórkowych.
Znaczenie odkrycia dla medycyny
Nowatorska metoda pozwala na szybkie i precyzyjne badanie reakcji receptorów TLR bez potrzeby wcześniejszej znajomości ścieżek sygnalizacyjnych. Może to znacząco przyspieszyć identyfikację substancji zdolnych do modulowania działania TLR – zarówno tych aktywujących, jak i hamujących ich działanie. Odkrycia te mają ogromny potencjał w kontekście rozwoju nowych terapii przeciwko różnym schorzeniom, od chorób zakaźnych po zaburzenia metaboliczne i neurodegeneracyjne.
Praca naukowców z Bonn nie tylko rzuca nowe światło na mechanizmy działania układu odpornościowego, ale także otwiera nowe możliwości dla współczesnej medycyny w walce z wieloma trudnymi do leczenia chorobami.
Źródło:
Janine Holze, Felicitas Lauber, Sofía Soler, Evi Kostenis, Günther Weindl. Label-free biosensor assay decodes the dynamics of Toll-like receptor signaling. Nature Communications, 2024; 15 (1) DOI: 10.1038/s41467-024-53770-9.