Группа исследователей из США совместно с сотрудником Университета ИТМО Алексеем Сергушичевым открыла новые метаболические механизмы, регулирующие поляризацию макрофагов — уникальную способность этих иммунных клеток менять свою специализацию в соответствии с выполняемой задачей. Исследование является важным шагом на пути к созданию нового класса лекарств, основанных на воздействии на метаболизм иммунных клеток. О результатах работы ученые сообщают в статье, опубликованной сегодня в журнале Immunity.

Одним их ключевых свойств макрофагов является их способность принимать разные состояния в зависимости от факторов окружающей среды. Например, резидентные макрофаги (M0) могут пройти классическую активацию и превратиться в провоспалительных макрофагов (M1), стремящихся всеми силами уничтожить патогенные элементы. Однако существует также альтернативная активация, при которой макрофаги приобретают, наоборот, противовоспалительную заживляющую функцию (M2). Понимание этих процессов чрезвычайно важно для понимания работы иммунной системы в целом, а также для борьбы с аутоиммунными заболеваниями.

Поляризация макрофагов сопровождается серьезными изменениями на транскрипционном и метаболическом уровнях. Активация сильно изменяет экспрессию (использование) некоторых генов, а также концентрацию используемых или производимых веществ. При этом хотя некоторые аспекты активации известны, в целом до недавнего времени картина оставалась размытой.

В своей работе ученые разработали метод нетаргетированного анализа изменения метаболизма на основе данных, полученных при одновременном использовании РНК-секвенирования и высокопроизводительной масс-спектрометрии метаболитов. Для изучения данных ученые объединили их на основе сети биохимических реакций, которая позволила определить наиболее важные из происходящих реакций.

Получившийся набор реакций выявил ранее неизвестные метаболические механизмы, связанные с активацией макрофагов. Используя эти данные, ученые составили наиболее вероятные цепочки химических превращений веществ (метаболические потоки), которые проявляются при классической и альтернативной активациях. Потоки были подтверждены при помощи экспериментов с фармакологическими воздействиями и c молекулами, мечеными изотопами 13C и 15N. Одним из новых механизмов, описанных в работе, является зависимость альтернативной активации макрофагов от концентрации глутамина, которая регулирует активность цикла Кребса, и синтеза UDP-Glc-NAc — вещества, необходимого для пост-трансляционной модификации белков.

Схематическое изображение разработанного ученым...

Схематическое изображение разработанного учеными метода интеграции транскрипционных и метаболических данных Источник: Immunity

«Разработанный нами метод одновременного анализа метаболических и транскрипционных данных продемонстрировал свою эффективность и, что очень важно, позволил получить конкретный биологический результат. Сейчас мы продолжаем совершенствовать метод, применяя его к другим биологическим задачам, например, к изучению метаболизма рака», — пояснил Алексей Сергушичев, аспирант кафедры компьютерных технологий Университета ИТМО.

В долгосрочной перспективе возможность регулировать про- и противовоспалительную активность потенциально ведет к созданию нового класса лекарств, основанных на воздействии на метаболизм иммунных клеток. Впервые поляризация макрофагов была описана столь детально на глобальном уровне, что дало возможность не только открыть новые регуляторные механизмы поляризации, но и выявить глобальную реорганизацию метаболических потоков при поляризации. Работа дает значительный толчок к исследованию фармакологического потенциала критических регуляторов поляризации, что также является следующим этапом в совместной работе групп.

Пресс-служба Университета ИТМО выражает благодарность Алексею Сергушичеву и Максиму Артемову за помощь в подготовке пресс-релиза.

Пресс-служба Университета ИТМО