Генетическое оружие нейтрофила

НЕТОЗ
Слышали ли вы когда-нибудь о том, что нейтрофилы могут охотиться на бактерий при помощи своей ДНК? Скорее всего, нет, так как этот феномен открыли лишь 10 лет назад.
Этот акт охоты сопряжен с самоубийством клетки, и он настолько примечателен, что исследователи придумали для него отдельный термин – нетоз. Это по аналогии с апоптозом и некрозом, двумя другими формами клеточной гибели.
Слово нетоз происходит от английского Neutrophil Extracellular Trap (NET), внеклеточная ловушка нейтрофила. Фактически – это сеть из переплетенных нитей ДНК нейтрофила, перемешанных с гистоновыми белками и различными антимикробными молекулами из его гранул.
Эта сеть (NET) обладает электростатическим зарядом, который, как считается, удерживает бактерии, попавшие в нее.

Что такое внеклеточная ловушка?
Ее настоящее название – Neutrophil Extracellular Trap (NET), то внеклеточная ловушка нейтрофила. Это удивительное изобретение Природы, наделившей молекулу ДНК и упаковывающих ее белков-гистонов необычными функциями – чем-то вроде клейкой ленты для мух.
В ответ на присутствие патогенных микроорганизмов, а также особых сигналов от ткани нейтрофил может пожертвовать собой, «выплюнув» паутину, сотканную из их собственной ДНК и гистонов во внеклеточное пространство. Бактерии запутываются в этой паутине и становятся легкой добычей для фагоцитов. Кроме того, сама молекула ДНК и гистоны, которых «в норме» во внеклеточном пространстве быть не должно, привлекают к себе внимание иммунных клеток и служат дополнительными стимуляторами иммунного ответа.

Оказавшаяся в сети бактерия обездвиживается и становится легкой добычей для макрофагов, следующих в очаг воспаления вслед за нейтрофилами.
Откуда же во внеклеточном пространстве берется ДНК нейтрофила?

Добравшийся до очага воспаления нейтрофил активируется под воздействием провоспалительного микроокружения. Эта активация «включает» в нем программы фагоцитоза, синтеза антимикробных веществ и продукции NET.

На первом этапе активированная клетка уплощается и прикрепляется к ближайшей поверхности.
Затем сегменты ядра сливаются в одно целое, а мембрана ядра фрагментируется. Одновременно разрушаются гранулы, хранящие ферменты и антимикробные молекулы. В результате – ДНК нейтрофила, ядерные белки (гистоны) и молекулы гранул смешиваются, образуя рыхлую массу, сдерживаемую только плазматической мембраной.

Дальше нейтрофил сокращает нити цитоскелета до тех пор, пока мембрана не рвется, и масса вырывается наружу, раскрываясь в виде облака из паутины молекул. На этом жизнь нейтрофила заканчивается.

Интересная особенность – для начала формирования NET нейтрофилу нужно к чему-нибудь прикрепится, то есть он должен находится в ткани, либо возле эндотелиоцита. Контроль прикрепления осуществляется рецепторами адгезии, например, MAC-1. Они же служат «предохранителями боезаряда».
Во взвешенном состоянии (то есть с выключенным MAC-1) нейтрофил не «взрывается». Видимо, это задумано природой для того, чтобы такие «липкие» сети не появлялись в кровотоке, что было бы чревато тромбами.

Сеть не только обездвиживает бактерии. Входящие в ее состав молекулы инактивируют вирулентные факторы патогена, а некоторые обладают и прямым бактерицидным действием, например, протеолитические ферменты, дефенсины и даже гистоны.
Гистоны – это особые белки из ядра клетки, на которые, как на катушки, намотаны цепи ДНК. Они нужны для поддержки и регулирования геометрии молекулы ДНК, что очень важно для клеточного деления.

Так вот, удивительным образом, эти гистоны тоже обладают иммунными функциями. Они способны убивать бактерии, причем их удельная микробицидная активность в 100 раз выше, чем у дефенсинов (антимикробных молекул из арсенала нейтрофилов).
Каков механизм их действия пока непонятно, но есть гипотеза, что они могут проникать сквозь мембрану бактерий и связываться с бактериальной ДНК, нарушая ее функционирование.

Есть у NET и еще одна функция – она является мощным «сигналом опасности» (Damage-Associated Molecular Pattern), тем самым, который считывают рецепторы системы врожденного иммунитета, например, Toll-like рецепторы. Это помогает сформировать мостик между врожденным и приобретенным иммунитетом.
Однако, нейтрофильный ответ очень непродолжителен, и скоро на место нейтрофилов приходят макрофаги. Они и отвечают за подчистку территории от фрагментов NET и запутавшихся в них патогенных микробов.

Вот красно-синие макрофаги доедают зеленую нитку NET.
А дальше на сцену постепенно выходят эффекторы системы адаптивного иммунитета.
Ну, что? Было ли для вас неожиданным, что природа предусмотрела возможность использовать молекулы ДНК не только для хранения и передачи генетической информации, но и для нападения на чужеродные организмы, как у бактерий против бактериофагов и как у нейтрофилов против бактерий?

Ингибитор нейтрофильной ловушки
Недавно стало известно (2016) о молекуле, обнаруженной немецкими учеными в пуповинной крови новорожденных. Эта молекула, прозванная своими открывателями nNIF, обладает способностью подавлять одну из функций нейтрофилов (клеток врожденного иммунитета), а именно – формирование «внеклеточной ловушки».

Что обнаружили немецкие исследователи?
В своих более ранних работах они обратили внимание на то, что нейтрофилы, полученные из пуповинной крови недоношенных и доношенных детей, не способны вырабатывать NET (внеклеточную ловушку) или у них эта способность подавлена.
Они предположили, что это не дефект и не «незрелость», а адаптивный механизм (один из таких механизмов), защищающий плод от иммунных конфликтов с матерью и от повреждения ткани в результате проникновения микроорганизмов через плацентарный барьер.

Сравнив поведение нейтрофилов ребенка и нейтрофилов матери, ученые определили, что «предохранитель», выключающий функцию внеклеточной ловушки, находится именно у ребенка, так как нейтрофилы матери не лишены этой способности –
Фотография из статьи «Neonatal NET-inhibitory factor and related peptides inhibit neutrophil extracellular trap formation», опубликованной в The Journal of Clinical Investigation, июль, 2016.

Day 0 – это день рождения ребенка. На этих снимках нейтрофилы пуповинной крови, на которые ученые подействовали липополисахаридом (LPS) – очень мощным индукторов ответа нейтрофилов. Как видно на фотографиях, в у недоношенных детей (preterm neonates) и доношенных детей (term neonates) «внеклеточная ловушка» в ответ на LPS не формируется.
Зато она формируется у их мам (нижняя правая часть снимка). Уже ко 2-3 дню жизни нейтрофилы ребенка начинают постепенно обретать способность формировать NET. Значит, делают вывод ученые, молекула, которая подавляла этом механизм, находится именно в пуповинной крови.

Neonatal NET inhibitory factor (nNET)
Ну, а дальше – дело техники. Протеомные исследования показывают, что эта молекула – пептид массой 4-6 кДа. Пользуясь правом «первой ночи» авторы назвали его ингибитор внеклеточной ловушки нейтрофилов у новорожденных или nNET.
Чтобы убедиться, что именно nNET блокирует формирование ловушки ученые получили антитела против это молекулы, и при помощи этих антител нейтролизовали фактор. После этого плазма крови теряла свою способность блокировать NET у нейтрофилов.

Почему это важно?
Это открытие важно для улучшения нашего понимания механизмов регуляции воспаления, которое является универсальной реакцией организма на любое возмущение. Воспаление, с одной стороны, помогает нам защищаться от инфекций и держать в узде собственные клетки, но с другой воспалительные механизмы ухудшают течение всех хронических заболеваний, в первую очередь аутоиммунных.
Почти все современные биологические лекарства воздействуют на мишени, участвующие в воспалительных процессах. Сколько уже таких препаратов от ритуксимаба и анти-TNFα до модуляторов иммунных контрольных точек, но решительно забороть воспаление пока не получается.
А вот эмбрион человека обладает способностью держать иммунную систему на поводке, причем, как свою, так и материнскую. Взрослым людям тоже хочется перенять какие-нибудь из его секретов и применить их в леченой практике, например, что вернуть контроль над иммунной системой в патогенезе сепсиса.
Эта молекула, nNET, вполне может стать мишенью для последующих экспериментов in vitro, на животных и на людях.