Za to, že se lidstvo rozšířilo po celé planetě, vděčí své imunitě více než inteligenci

„Tymocyty jsou pro většinu lidí poměrně neznámé buňky, podobně jako orgán, ze kterého pocházejí. Přitom právě tymus je v časných fázích života klíčovým místem pro vytváření imunitního systému, který nás pak chrání po celý zbytek života. A přesto toho o něm ještě hodně nevíme,“ říká světový odborník na molekulární imunologii Dr. Jonathan S. Duke‑Cohan, PhD, z Harvard Medical School a Dana‑Farber Cancer Institute, Boston, USA.

Dr. Duke‑Cohan přednesl v březnu na 1. lékařské fakultě UK, kde je i hostujícím profesorem a kde dlouhodobě spolupracuje s Ústavem biochemie a experimentální onkologie (ÚBEO), v rámci cyklu Novinky v biomedicínském výzkumu přednášku mapující dvacet let výzkumu tymocytů a to, jak se za tu dobu proměnilo chápání vývoje T lymfocytů a signalizace T‑buněčného receptoru. Při té příležitosti poskytl Medical Tribune krátký rozhovor.

• Co vás osobně na studiu tymocytů a vývoje T buněk nejvíce fascinuje?

Můj zájem o imunologii začal už opravdu hodně dávno, v době mých studií. Na univerzitě člověk narazí na spoustu témat, která ho zaujmou. To se přihodilo i mně, takže jsem se zapsal na přednášky z imunologie, byť bez nároku na získání kreditů. Fascinovalo mne, kolik toho o imunitě ještě nevíme, a zároveň jak zásadní je tato oblast pro lidské přežití. Musíme si uvědomit, že evoluce lidstva a schopnost lidského rodu šířit se z Afriky do dalších částí světa nestála primárně na naší šikovnosti a inteligenci, ale na schopnosti imunitního systému přizpůsobit se novému prostředí a novým infekčním hrozbám. Protože člověk je jedním z mála živočišných druhů, které se dokážou šířit po celém světě v různých prostředích – a přežít. Za to vděčíme našemu imunitnímu systému.

V době mých studií ještě nebyl objeven T‑buněčný receptor. Od poloviny 50. let až do poloviny 70. let minulého století byla hlavní pozornost soustředěna především na protilátky, vakcinaci a virové infekce. Teprve postupně se ukázalo, že klíčovým pilířem adaptivní imunity nejsou protilátky, ale T lymfocyty. Bez nich by protilátková odpověď vůbec nemohla fungovat.

• Ve své přednášce jste shrnul zhruba dvacet let výzkumu tymocytů. Které z původních představ se za tu dobu potvrdily a které bylo naopak nutné přehodnotit?

O reakcích zralých T lymfocytů v periferii dnes víme velmi mnoho. Dobře rozumíme tomu, jak reagují při různých onemocněních, jak mohou podléhat vyčerpání a jak je lze využít v protinádorové imunoterapii. Mnohem méně pozornosti se ale v posledních letech věnovalo samotnému vývoji tymocytů.

Za obecně přijatý kánon dnes považujeme, že vývoj T buněk začíná z kmenových buněk kostní dřeně, které vstupují do tymu, kde procházejí několika vývojovými stadii. Během nich dochází k selekci buněk, které nereagují nepřátelsky vůči vlastním antigenům. Z nich následně vznikají zralé CD4+ a CD8+ T lymfocyty, jež odcházejí do periferie.

Mechanismy, které celý tento proces řídí, ale nejsou dosud zcela prozkoumány – zejména to, jak doopravdy reaguje T‑buněčný receptor a co na molekulární úrovni znamená „silný“ signál vedoucí k eliminaci autoreaktivních buněk a „slabý“ signál, který naopak umožní přežití buňky a její zařazení do zralého imunitního repertoáru.

V našem výzkumu se soustředíme právě na tyto rané fáze vývoje, a to na úrovni transkriptomu, proteinů i buněčné signalizace. Snažíme se identifikovat dráhy, které tymocytu umožňují projít „vzděláváním“, než se z něj stane zralý T lymfocyt. Jedním z našich důležitých zjištění bylo, že i časná forma T‑buněčného receptoru, tzv. pre‑TCR, má svůj ligand, což vyvrací převládající představu z předchozích více než třiceti let. Ukázalo se, že tento ligand hraje významnou roli v časné selekci beta řetězců receptorů T buněk, jež se následně stávají součástí zralého imunitního repertoáru.

Dále jsme se podíleli i na objasnění toho, co přesně znamená „silná“ a „slabá“ aktivita T‑buněčného receptoru. Některé dříve navržené modely se zřejmě ukazují jako nepřesné a přesnější vysvětlení nabízí model konformační změny, která ovlivňuje fyzikální interakci TCR se spojením peptid–glykoprotein hlavního histokompatibilního komplexu.

A konečně jsme na biochemické úrovni popsali mechanismy, které umožňují pohyb tymocytů uvnitř tymu, což je důležité pro jejich „vzdělávání“.

• Rozumíme tomu správně, že zásadní roli hraje mikroprostředí v různých částech tymu?

Ano, kortikální prostředí tymu je zásadně odlišné od prostředí v jeho dřeni a v každém vývojovém stadiu to významně ovlivňuje další osud buněk. Udržovat tymocyty v kortexu pomáhají adhezivní molekuly a další regulační faktory, například VCAM1, plexin D1 nebo semaforin 3E. Teprve následné signální děje umožní jejich přesun do dřeně, kde na ně působí zcela jiná sada molekul podporujících další diferenciaci. Lze si to představit jako přechod z jedné učebny do druhé, v každé části tymu probíhá jiná fáze „výuky“.

• Které otázky vývoje T lymfocytů zůstávají stále otevřené?

To je velmi zajímavá oblast. Jednou z dosud ne zcela objasněných otázek je, proč při vývoji z buněk ve stadiu dvojité pozitivity vzniká v kortexu tymu v konečném důsledku dvojnásobně více CD4+ než CD8+ buněk. Existují různé hypotézy, ale přesný mechanismus tohoto preferenčního vývoje stále není jednoznačně znám.

Další otevřenou otázkou je, jak imunitní systém při selekci repertoáru minimalizuje autoreaktivitu a maximalizuje schopnost rozpoznávat cizorodé podněty. Existuje totiž jakási „šedá zóna“ buněk, které mohou slabě reagovat i na vlastní antigeny a které jsou za fyziologických podmínek tlumeny regulačními T lymfocyty a také např. expresí receptorů PD‑1. Protože jsou tyto buňky slabě stimulovány vlastními antigeny dlouhodobě, jejich reaktivita se tímto způsobem utlumuje. Velmi důležitou otázkou tedy je, jaký signál rozhoduje o tom, že se určitý tymocyt diferencuje v regulační T lymfocyt, a nikoli v běžný zralý T lymfocyt, který odejde do periferie. V této oblasti stále zůstává řada nejasností.

• Jaký význam má studium vývoje tymocytů pro pochopení například autoimunitních onemocnění?

Jedním z velmi zajímavých příkladů je imunologická tolerance. Uveďme například alergii na arašídy. V některých zemích, zejména v Izraeli, je prevalence této alergie nízká, přestože jídelníček se zde od jiných zemí zásadně neliší a nejde ani o čistě geneticky daný jev. V Izraeli je totiž velmi populární arašídový snack nazývaný bamba. Je měkký, a proto oblíbený mezi rodiči, kteří jej dávají odmalička svým dětem. Ty jsou tak arašídům vystaveny v době, kdy se jejich tymus ještě intenzivně vyvíjí. To odporuje naší západní představě ořechy malým dětem nepodávat, čímž možná zvyšujeme pravděpodobnost, že na ně budou později reagovat hypersenzitivně.

Jednou z hlavních myšlenek výzkumu T‑buněčného receptoru, tymocytů a vývoje imunitního repertoáru tedy je možnost cíleně ovlivňovat imunitní odpověď. Do budoucna se nabízí otázka, zda bychom mohli imunitní systém modifikovat již v raném věku právě prostřednictvím ovlivnění dějů v tymu.

• A jak se studium tymocytů uplatňuje v onkologickém výzkumu?

V onkologii je tato problematika relevantní spíše v jiné situaci než v raném dětství. Zajímavá je například po chemoterapii, po intenzivních cytotoxických režimech nebo po transplantaci kostní dřeně, kdy může být tymus výrazně poškozen či vyčerpán a následně částečně regenerovat.

V takovém kontextu by mohlo být možné do pacientových vlastních T lymfocytů zavádět specifické T‑buněčné receptory rozpoznávající nádorové antigeny. Pokud by se tentýž nádor se stejnými vlastnostmi objevil znovu, organismus by již měl k dispozici specifickou imunitní složku schopnou jej rozpoznat a zlikvidovat.

• Lze si představit situaci, že by v budoucnu bylo možno znovu indukovat tvorbu tymocytů a obnovit „výuku“ nových T buněk u starších pacientů?

To je velmi podnětná otázka. Víme, že tymus s věkem involvuje – u malých dětí je objemný a velmi aktivní, zatímco ve vyšším věku výrazně atrofuje. Současně s tím postupně ztrácíme nejen jeho tkáň, ale i část T‑lymfocytárního repertoáru, včetně regulačních T buněk, což může přispívat například ke zvýšenému výskytu autoimunitních onemocnění ve vyšším věku.

Obnovení funkce tymu studujeme, spoléháme při tom na takzvané organoidy, což jsou v podstatě „orgány v misce“, v nichž můžeme zjistit, zda dokážeme přeučit novou strukturu tymu vyvinutou v laboratoři, aby exprimovala, nebo neexprimovala určité specifické vlastnosti. Pokud dokážeme, že to dokážeme, otevře se nám cesta k zásahům do imunitního systému starších dospělých. Je to předmětem jednoho z našich grantů, myslím, že do pěti let to budeme moci alespoň zkusit.

• Dlouhodobě spolupracujete s Laboratoří biologie nádorové buňky při ÚBEO 1. LF UK, která je jako výzkumná skupina součástí Národního ústavu pro výzkum rakoviny. Jak vnímáte význam takových konsorcií?

Před třiceti nebo čtyřiceti lety mohl i jeden člověk s malou skupinou dělat skvělé studie v úzce vymezené oblasti. Dnes už jsme ale vyčerpali odpovědi na jednoduché otázky a zabýváme se otázkami složitými, komplexními. A to vyžaduje sofistikované přístrojové vybavení, vysoce specializované expertizy a spolupráci více oborů. Chceme‑li dnes vytvořit opravdu robustní a přesvědčivý soubor dat, nestačí výsledek z jedné laboratoře nebo z jedné zkumavky. Je třeba potvrdit jej v dalších modelech, u zvířat, u člověka a pokud možno i v klinické praxi. A to vyžaduje existenci centrálních organizací, které pomáhají takovou spolupráci organizovat. Úspěšný výzkum dnes stojí na propojení lidí s různými znalostmi a dovednostmi a s přístupem k různým technologiím. Konsorcia, jako je Národní ústav pro výzkum rakoviny v České republice, považuji za klíčové národní entity pro rozvoj onkologického výzkumu.

Pro každý takový institut je však zásadní, aby dokázal vytvořit a zajistit mladým vědcům cestu k jejich rozvoji. Nejlepším způsobem, jak toho dosáhnout, není vychovávat je a držet pouze doma, ale naopak umožnit jim odjet na několik let třeba do Velké Británie, Německa, Kanady nebo do Spojených států. Nechat je, aby si osvojili nové techniky i způsoby uvažování a navázali mezinárodní kontakty Tyto zkušenosti pak mohou přivézt zpět a dále rozvíjet domácí výzkumné prostředí.