Энтропия, биохимия и эффект Оже

Энтропия – мера необратимого рассеивания энергии. Обычно эта концепция завязывается на идеи о порядке/хаосе и фундаментальных свойствах материи. С одной стороны, Шрёдингер в книге «Что есть жизнь?» подводил к тому, что жизнь – это способность противостоять энтропии (моя сильно упрощенная интерпретация). То есть в его интерпретации жизнь – умение противостоять хаосу.

Говард Блуд в своей книге «The God Problem: How a Godless Cosmos Creates» умело аргументировал, что самоорганизация в сложные структуры является неотъемлемой характеристикой самой материи.

Дело в том, что методология научного познания происходит из общей философии. И даже такие вещи как философское понимание термина энтропия влияют на нашу интерпретацию наблюдаемых процессов.

Энтропия в биохимии

энтропия

Энтропия в том числе определяет дельту свободных энергий Гиббса. Отрицательная ∆G – говорит о том, что свободная энергия конечных продуктов реакции будет ниже свободной энергии изначальных реактантов, что делает эту реакцию выгодной. Даже если хотите, термодинамически выгодной. Отрицательная ∆G еще не гарантирует спонтанного протекания реакции (как обещают на рисунке выше). Но это уже другая история.

Энтропия в этой формуле и представления о нем как о хаосе может привести к непониманию ряда концепций.

follow site Энтропия и гидрофобный эффект

Гидрофобный эффект – это агрегация в воде неполяризованных (гидрофобных) молекул с уменьшением общей площади контакта с водой и выталкиванием воды из гидрофобной сердцевины образования.

Энтропия как концепция хаоса и рассеянной энергии «поплыла» для меня на гидрофобном эффекте. Поляризованные молекулы могут взаимодействовать с водой (которая диполь), зачастую усиливая дипольный момент воды. Но это очень динамическая структура. Агрегация молекул жира в воде никак в моей голове не связывалась с ростом хаоса в системе. Скорее система теряла в динамике и от этого в общей энергии.

При этом гидрофобный эффект обладает отрицательной ∆G как раз за счет энтропии. Мне помогали это (а затем и агрегацию гидрофобной части белков) понять фразой lowest energy state. Но это мало что объясняет, это скорее просто пересказ формулы свободной энергии Гиббса. Термодинамические выгодная реакция так или иначе двигается в сторону меньшего количество свободной энергии. Со временем в голову пришла следующая мысль

acquistare Cialis 40 mg online Энтропия – это фундаментальное свойство материи, суть которого в том, что материя принимает how to buy pfizer viagra without doctor prescription состояние, где дальнейшее рассеивание энергии будет наименьшим.

Такой взгляд на проблему позволил мне объединить в своей голове и общей филосфоский взгляд и биохимический. Хотя с точки зрения философии мне ближе Блум, чем Шредингер. Самоупорядочивание до состояние минимально возможного в заданных условиях рассеивания энергии вряд ли может считаться хаосом. И такое понимание не противоречит и факту наличия «темной материи» и «темной энергии».

comprare levitra online consegna rapida Энтропия и эффект Оже ( http://cinziamazzamakeup.com/?x=acquistare-viagra-generico-200-mg-consegna-rapida-a-Roma Auger miglior sito per comprare viagra generico spedizione veloce a Genova Effect)

Мое субъективное понимание этой концепции позволяет мне самому себе объяснять энтропию и в физических эффектах.

Разогнанный электрон (или фотон, что интереснее) может «выбить» электрон из нижних подуровней атома;

В дальнейшем может быть два события:

  • Электрон с верхнего подуровня займет вакантную нишу, спустивший на подуровень ниже (что как раз объясняется энтропией и переходом в более низкой энергетическое состояние);
  • Энергия выкинет из атома электрон с верхнего подуровня «на свободу»

Эффект Оже в биологических системах может быть интересен возможностью целенаправленно уничтожать ДНК за счет дестабилизации деоксирибозы. Очевидная область применения эффекта Оже – борьба с раковыми опухолями.

Поделиться:

Окситоцин. Состояние как после секса за 30 рублей

Окситоцин – это нейропептид, синтезирующийся супраоптическими и паравентикулярными ядрами гипоталамуса выделяемый задней долью гипофиза.

Нейротрансмиттеры реабсорбируются, а нейропептиды секретируются, чтобы оказать прямое действие, а затем и посредством своих метаболитов.

Окситоцин – огромная тема, которой я уделю лишь частичное внимание и больше сконцентрируюсь на аспекте практического применения.

У нас в стране этот гормон выделяется для стимулирования родовой деятельности и лактации [1]. Я буду в дальнейшем говорить об интраназальном применении. В такой форме побочные эффекты не обнаружены (или не изучены, как угодно). За исключением, разве что, подозрения на связь гинекомастии и окситоцина при хроническом применении [2].

http://cinziamazzamakeup.com/?x=viagra-generico-50-mg-miglior-prezzo-pagamento-online-a-Venezia Окситоцин и психика

Исследования давно отмечают важность окситоцина в различных видах социального поведения: от эмпатии [3] до моногамии [4].

Окситоцин снижает уровень кортизола и уровень субъетивно воспринимаемого стресса [5].

Повышает уровень доверия в отношениях [6, 7].

acquistare viagra online generico 200 mg a Milano Окситоцин и аутизм

Если ряд направлений, где окситоцин может быть полезен:

  • Навыки социального взаимодействия;
  • Повторяющееся поведение;
  • Эмпатия и распознание эмоций.

Текущие данные исследований несколько непоследовательны: часть говорят о бонусах, часть об их отсутствии [8].

Учитывая короткое время действия нейропептида (около полутора часов) не очень ясно, как «пшики» утром и вечером должны улучшить симптомы. По идее применение окситоцина должно быть вместе с какой-то поведенческой терапией, где цель окситоцина — усилить эффект этой терапии.

У части людей с аутизмом есть генетические дефекты выработки окситоцина [9]. Рискну предположить, что окситоцин мог бы быть очень полезным для эти людей, не будь у него такой короткий срок действия.

http://cinziamazzamakeup.com/?x=acquistare-cialis-generico-on-line Окситоцин и шизофрения

Кроме самостоятельного действия, окситоцин взаимодействует с нейротрансмиттерными системами дофамина, глутамата и серотонина [10]. Частично приводя к эффектам антипсихотиков.

Проблема шизофрении в том, что фармакологически мы кое-как умеем работать с позитивными симптомами болезни (галлюцинации, бред, скачущие мысли итд), но негативным симптомам шизофрении (апатия, ухудшенная социализация, когнитивные нарушения итд) уделяется куда меньше времени. И окситоцин улучшал ситуацию с часть негативных симптомов [10].

Проблема дальнейших исследований видится мне в необходимости монотерапии, чтобы точно определиться с эффектами.

source Окситоцин и расстройства настроений

Связь с этиологий депрессий и улучшением симптомов есть [11]. Я хочу заметить, что вижу окситоцин отличным инструментом психологической консультации. Особенно когда депрессии вызваны, не нейрологическими проблемами, а жизненными ситуациями. Например, разводом.

В этом ключе окситоцин может быть ценным помощником психолога (в идеале трансперсонального), который может пациенту быстрее переосмыслить свой травматичный опыт и правильным образом его воспринять.

Также есть исследования о помощи при тревожных расстройствах, ОКР, расстройствах личностей [4].

Babies born from clomid Окситоцин и метаболизм

окситоцин

При всей наглядности картинки не все так однозначно [12].

Окситоцин пытаются активно исследовать в расстройствах пищевого поведения и ожирении [13]. Принято считать, что окситоцин делает еду менее важной [14].

go site Окситоцин и рак

Исследователи [15] дают богатый и глубокий полет мысли. Увязывая как известные эффекты: усиление анаболического действия эстрогена, актвация протеин киназы А и повышение уровня цАМФ итд. До роли эмоциональной притупленности как надежных предикторов некоторых онкологических проблем.

На окситоцине и сексе, думаю, внимания заострять не надо.

Личный опыт

В США продаются спреи 11-24 МЕ. В Россию их напрямую не отсылают.

Но у нас есть ампулы окситоцина. 5 ампул по 5 МЕ стоят 30 рублей. И их даже как есть можно принимать интраназально (смотрите инструкцию).

Остается лишь взять спрей для носа (пустой из дорожного набора) или любой самый дешевый спрей из аптеки с морской водой или чем-то еще куда мене нужным, чем окситоцин.

В первый раз я употребил 5 МЕ в каждую ноздрю вместе с другом. Прямо из ампул, сильно занюхивая. Можно смотреть и свои эффект, и наблюдать за другим человеком.

Эффекты: легкое чувство опьянения, приятная расслабленность, большей включенности в происходящее нет, но происходящее воспринимается с большим позитивом. Сложно говорить на сексуальные нотки в мужской компании. Но пару раз я ловил себя на мысле, что несколько прохожих девушек меня интересовали больше, чем это было бы уместно.

Эффект длился примерно 1,5 часа. Состояние в целом я могу описать как легкую пьянящую негу. Можно сравнить с состоянием после хорошего секса.

На интеллектуальную работу это никак не провоцировало, само собой.

У меня сложилось впечатление, что отличная вещь для социализации и для поведенческих терапий. В сексе не пробовал)

  1. https://www.rlsnet.ru/mnn_index_id_1056.htm
  2. Oxytocin and Gynecomastia: Correlation or Causality?
  3. The role of oxytocin in empathy to the pain of conflictual out-group members among patients with schizophrenia
  4. The role of oxytocin in psychiatric disorders: a review of biological and therapeutic research findings
  5. Social support and oxytocin interact to suppress cortisol and subjective responses to psychosocial stress
  6. Oxytocin increases trust in humans
  7. A sniff of trust: meta-analysis of the effects of intranasal oxytocin administration on face recognition, trust to in-group, and trust to out-group
  8. Oxytocin and Autism Spectrum Disorders
  9. Genomic and epigenetic evidence for oxytocin receptor deficiency in autism
  10. Potential of Oxytocin in the Treatment of Schizophrenia
  11. Oxytocin and Major Depressive Disorder: Experimental and Clinical Evidence for Links to Aetiology and Possible Treatment
  12. Two Birds with One Stone: Possible Dual-Role of Oxytocin in the Treatment of Diabetes and Osteoporosis
  13. Oxytocin and potential benefits for obesity treatment
  14. Oxytocin reduces reward-driven food intake in humans
  15. Oxytocin has therapeutic effects on cancer, a hypothesis
Поделиться:

Гипер-гипо кислородная терапия не увеличивает число митохондрий!

Гипер-гипо кислородная терапия не приводит к росту количества митохондрий. К этой терапии надо добавлять что-то, что приводит к росту митохондрий.
 
Немного формальной логики
Митохондрия позволила приручить нам окислительный метаболизм. Эта органелла тесно связана с кислородом.
При недостатке кислорода она будет хиреть, терять «дыхательную» функцию.
 
«HIF-1α (гипоксичный транскрипторный фактор) опосредованное подавление MYC и PGC-1 приводит к снижению митохондриального биогенеза»
https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fcell.2015.00042/full
 
Гипербарическая оксигенация позволяет снижать количество митохондрий с подавленной окислительной функцией (что само по себе важно). Кето делает тоже самое. Поэтому это комбо и использует для лечения некоторых видов рака.
 
Биогенез митохондрий вызывается повышенной энергетической потребностью ткани.
Поэтому больше всего митохондрий в сердце, которое работает постоянно. Относительно мало МТ, допустим, в коже.
Энергостанция появляется там, где есть потребность в большем количестве энергии.
Нужны митохондрии в адипоцитах — закаливаемся, в миоцитах — специфичным образом тренируемся, в нейронах — заставляет эти участки работать. И всегда можно прибегнуть к допингу в виде PQQ.
 
Гипоксичная адаптация хорошо нам известна по плавцам и ныряльщика, вот часть ее эффектов:
— гипоксическая адаптация (ГА) так же влияет на адаптацию к жаре и холоду. существует перенос адаптированности
— при ГА возрастает VO2max
— меняется метаболизм в митохондриях
— у женщин с ожирением в постменопаузе + диабет II типа, ГА приводит к повышению чувствительности к лептину, снижению веса, снижение глюкозы натощак…
— у девушек 21-25 лет ГА приводит к снижению веса, процента жира, рост глюкозы крови (но в пределах нормы), снижение чсс и давления.
— интервальная гипоксическая-гипероксическая тренировка у пожилых людей приводит к когнитивным улучшениям + увеличивается дистанция пройденная в 6 минутном тесте
— Гипоксическая тренировка приводит к увеличению жизненной емкости легких
— ГА сопровождается брадикардией, улучшением утилизации кислорода в том числе нервной системой
— ГА лучше проходит если использовать нырятельный рефлекс, то есть в холодном душе подставлять лицо под струю с задержкой дыхания
— интервальная гипоксическая тренировка улучшает показатели требующие выносливости у пловцов и дзюдоистов. Что немного странно — у дзюдоистов еще и растет прыжок в длину.
— интервальная гипоксическая тренировка улучшает аккомодацию глаз в вечернее время и при усталости (тестировалось на водителях).
— интервальная гипоксическая тренировка приводит к росту гемоглобина и увеличению ударного объема сердца (при общем сохранении минутного объема кровообращения)
 
Поделиться:

Глюконеогенез и другие недостатки кето-диет

Глюконеогенез – процесс превращения амино-кислот и глицерина в глюкозу. С ростом популярности кето-диеты хочется уделить время тому, почему кето – не волшебная диета, а имеет ряд ограничений.

Если сумма потенциальных энергий конечных продуктов реакции сильно меньше чем изначальных реактантов, то реакцию принято считать необратимой. У нашего организма есть обходные пути синтеза нужных молекул, но это энергонеэффективный процесс. Для восстановления молекулы глюкозы организм затратит заметно больше энергии, чем может извлечь из нее. Зачем же нам тогда глюкоза?

Я уже касался этой темы более подробно в заметке про глюкозу и мозг. Жировые кислоты могут быть использованы только для получения энергии и ее запасания в виде жира. Глюкоза – это еще и строительные углеродные блоки для поддержания целостности белкового тела, и источник (через пентозо-фосфатный путь) NADPH для восстановительных реакций и рибозы (строительного блока нуклеиновых кислота).

Наивно думать, на мой взгляд, что склонять организм к энергонеэффективному процессу продолжительное время можно без последствий.

Глюконеогенез и катехоламины

Оксалоацетат – промежуточное звено цикла Кребса. Проблема в том, что оно истощается не только самим циклом лимонной кислоты, но и глюконеогенезом, и синтезом амино-кислот.

Еще в 1946-м году Ленингер (Lehninger) показал, что рост кетоновых тел обратно-пропорционален уровню оксало-ацетата [1].

Глюконеогенез

Больше кетонов значит ниже глюкоза, значит активнее должен протекать глюконеогенез.

Преобразование пирувата в оксалоацетат (ступенька восстановления глюкозы, сам пируват несложно получить из амино-кислот и других компонентов цикла Кребса) катализирует пируват карбоксилаза. Пируват карбоксилазу а кортикостероиды, глюкагон (считайте дефицит глюкозы) и катехоламины.

Катехоламины – это дофамин, адреналин, норадреналин. Сигналы, посылаемые нервной системой. В принципе это способ нашей нервной системы «поддать газу» на глюконеогенез.

Кето-диета имитирует голод. На молекулярном уровне в том числе. Она активирует симпато-адренальную систему [3, 4]. Проще говоря, активируется часть нервной системы, отвечающая за стресс.

Предполагаю, что своеобразное и очень интересное ментальное состояние на кето – результат работы не только кетоновых тел, но и катехоламинов. Также напрашивается частичная аналогия с некоторыми антипичными антидепрессантами вроде бупропиона.

Глюконеогенез и цАМФ

Хронический глюконеогенез будет связан с цАМФ. Циклические молекулы в биохимии являются частью системы second messengers. При недостатке глюкозы поджелудочная будет выбрасывать вместо инсулина глюкагон. Гормон – экстраклеточный сигнал. А second messengers – это клеточные молекулы, активируемые внешним сигналом, которые амплифицируют (усиливают) изначальный сигнал и проделывают еще какую-то работу.

цАМФ связана с модулированием функции Т клеток [5].

Циклические молекулы (цГМФ и цАМФ) приводят к высвобождению гладкой мускулутарой кальция. И в последующем к эрекции. Повышенный уровень цАМФ на кето могут помочь людям, чья невозможно поддержать эрекцию связана с функцией цГМФ. Анекдотические случаи уже есть на кето.

Однако циклические молекулы имеют и обратную сторону. Они могут при некоторых обстоятельствах приводить к сужению сосудов [6] (а не только способствовать их расширению и улучшению микроциркуляции).

В целом роль цАМФ скорее положительная. Например, сдвиг митохондрий в сторону окислительного метаболизма [7]. Но роль цАМФ многогранна, а в рамках дилеммы плохо/хорощо двояка.

Метформино-подобный эффект кето и тестостерон

В свое время я показывал, что кето-диета приводит к обратимой деградации комплекса I митохондрий. Что схоже с эффектом метформина и даже имеет с ним синергетичный эффект.

Это может быть полезно для ряда метаболических заболеваний. Но довольно вредно для фертильности и уровня анаболических гормонов. Снижение тестостерона на метформине – известная проблема.

Отсюда большое противоречение про кето и тестостерон. «Больше холестерина – больше тестостерона» — несколько нерабочий слоган. Клетки Лейдига с подавленным 1-ым комплексом будут производить больше тестостерона или меньше? Даже при избытке холестерина.

Про митоходрии, близость и работу комплексов и важности всего этого для фертильности я уже писал.

Нормальные клетки с эффектом Варбурга и кето

Эффект Варбурга – это предпочтение гликолиза даже в условиях избытка кислорода – один из метаболических признаков рака.

Проблема в том, что ряд нормальных клеток полностью или в основном гликолитичны: клетки Мюллера (глаза), стволовые клетки, лейкоциты, часть клеток выделительной системы.

При избытках кислородных радикалов стволовые клетки дифференциируются (+/- контекстуальны). И отчасти по этой причине есть известное противоречие кето и рака почек / мочевыводящих путей.

Значит эффект Варбурга то, что к кето надо подходить осмысленно. Четко понимая каких целей мы хотим достигнуть и какие риски нас могут ждать.

Кето и выведение метаболических кислот

Кетоны – метаболические кислоты. Кислотность (водород) от углеводов выводится легкими за минуты. Кетонов и жиров – почками в течение недель. Подробнее в одной из прошлых заметок.

Опуская то, что вы можете прочитать в другой заметке, кето снижает pH почти. В 30х (до эры антибиотиков) кето использовали для снижения pH мочи, для эрадикации бактерий урогенитального тракта [9].

В России нет теста крови на бикарбонат. Мы не может контролировать Anion Gap и метаболический ацидоз через кровь (организм от него будет восстанавливаться неделями). Нужно контролировать pH мочи. При необходимости добавляя источники бикарбонатов.

Кето и ЖКТ

Желчь выбрасывается при поедании жирной пищи. С удаленной желчью кето – норма. Такая глубина анализа подходит, если у вас сектантское мышление или если вам недавно провели интернет, но еще не научили искать информацию и критически ее анализировать.

Кето – метаболическая кислота. Гастроэнтерологи советуют завтрак овсянкой как способ уменьшить химический урон стенках желудках, на которые и придется основной урон от дисфункций связки печень – желчный пузырь.

Кето ухудшает симптоматику ГЭРБ.

Кето приводит к росту билирубина. Привет людям с болезнью Жильбера

И многое другое. Суммировал информацию традиционно Джон Бриссон.

When Excess Fat in the Diet Can Cause Digestive Issues and How to Improve Fat Digestion

Ketogenic Diets, Effects On Your Gut and Health and How To Follow Them

Кето, выводы и примеры виртуальных пациентов

Кето-диета имитирует голодание. На очень многих уровнях. И всегда ли долгосрочное псевдо-голодание хорошо? Конечно же нет.

  • Кето (глюконеогенез) приводит к росту катехоламинов; Может привести к симпатическому тонусу.
  • Роль цАМФ (глюконеогенез) неоднозначна;
  • Кето приводит к обратимому подавлению комплекса I и метформино-подобному эффектов, в том числе снижению тестостерон;
  • У нас есть ряд почти гликолитичных клеток, чью функцию кето не улучшит, но за счет сдвига в сторону окисления жиров и за счет снижения pH может иметь негативное влияние;
  • Кетоны – метаболические кислоты, снижают pH мочевыделительной системы, увеличивают на нее нагрузку на недели вперед;
  • Кетоны – метаболические кислоты, что является дополнительным фактором риска при целом ряде проблем с ЖКТ.

Виртуальные примеры

Пример 1. У нас пациент с депрессией после развода, который не реагирует на СИОЗС, но хорошо реагирует на бупропион (поднимает дофамин и норадреналин). Кето-диета может полноценно заменить антидепрессант. При дополнении кето поведенческой терапией и другой поддерживающей терапией (d3, окситоцин интраназально итд) может спасти пациента от нежелательных явлений/

Пример 2. У нас пациент с явными митохондриальными дефектами. У нас в арсенале кето и гипер/гипо окситерапии, который помогут уничтожить дефектные митоходрии. Но нам обязательно нужно дополнить подобную терапию интервенциями, которые приведут к росту митохондрий (PQQ. Тренировки тела/ума на это итд). Или мы можем рассмотреть молекулы переносящие электрон с 1 на 3 и с 1 на 4 комплексы (ибеденон, метиленовый синий).

Пример 3. Пациент с 4-й месяц кето говорит о симптомах симпатического тонуса. Плюс пациент начинает быстрее свирепеть. При курильщиках, например. Возможно, проблема в сужении сосудов из-за катехоламинов.

Пример 4. У пациента семейная история болезней желчного пузыря и синдром Жильбера. На кето вырастит билирубин и появятся/усилятся симптомы синдрома. Кето может усилить/актуализировать проблему «перетяжки» желчного пузыря, приведя к ГЭРБ и повреждению желудка. Вероятно, стоит продумать поддерживающие терапии или отказаться от кето (в зависимости от целей/пациента).

Пример 6 Мужчина с хроническим простатитом. Кето снизит pH в мочевыделительной системе, делая простату менее доступной для иммунных клеток (которые тоже белковые тела и их функция зависит от pH), кето может негативно повлиять на симптоматику за счет сужения сосудов и, возможно, неоднозначной роли на гликолитичные клетки.

Пациент 7. Девушка до 30, которая хочет забеременеть в первую очередь, во вторую – немного улучшить метаболическое здоровье. Скоро поедет отдыхать. Кето ей не нужно. Есть альтернативные стратегии.

Источники:

  1. Role of Free Oxaloacetate in Ketogenesis;
  2. Structure, function and regulation of pyruvate carboxylase;
  3. Effect of low-carbohydrate-ketogenic diet on metabolic and hormonal responses to graded exercise in men
  4. 34-day total fast in an adult man
  5. Cyclic adenosine monophosphate is a key component of regulatory T cell–mediated suppression
  6. cGMP and cAMP cause pulmonary vasoconstriction in the presence of hemolysate
  7. Cyclic AMP signaling in cardiac myocytes
  8. Long-term High Fat Ketogenic Diet Promotes Renal Tumor Growth in a Rat Model of Tuberous Sclerosis
  9. The Ketogenic Diet in Bacilluria
Поделиться:

Астаксантин как средство для загара

Астаксантин – каротиниод, который можно использовать вместо довольно спорных «подмазок» для загара. Идею подсмотрел у Дмитрия Захарова в 2017-ом, если не раньше. Успешно опробовал в этом году.

Заметку можно будет разделить на 3 очень условных блока:

  • Астаксантин как антиоксидант и противо-воспалительное средство;
  • Астаксантин и подавление MMP-1;
  • Личный опыт;

Астаксантин и каротиноиды

Каротиноиды – сотни различных молекул, создающихся фотосинтезирующими микроорганизмами [1, 5]. Эти пигменты либо участвуют в фотосинтезе, либо помогают уменьшить урон солнечной радиации [1].

Каротиноиды могут выполнять функцию антиоксидантов и, при определенных обстоятельствах, прооксидантов [5].

астаксантин

Астаксантин как антиоксидант в 10-раз мощнее других каротиноидов, таких как лютеин, зеаксантин и в 100 раз мощнее α-токоферола [1]. Прооксидативной активностью неизвестен.

Иммунная система. Мнения расходятся. Консенсус есть в том, что астаксантин повышает концентрацию INFγ и IL-6 (интерферон гамма) [7, 8]. Этот цитокин секретируется Th1 клетками и помогает фагоцитам уничтожать микробы внутри фагоцитов. Что полезно как для активации адаптивной иммунной системы в целом, так и для некоторых коварных бактерий, которые умеют избегать фагоцитоза иммунными клетками (туберкулез, например). Интерлейкин-6 также про-воспалительный и связан с иммунным ответом бактериям (в частности необходим для эффективной защиты от бактерий пневмонии) [8].

Также принятие 2 мг астакстантина в течение 8 недель увеличивало выраженность белков LFA-1 молекулами лейкоцитов (помогают лейкоцитам попадать в воспаленную ткань) [8]. На общую популяцию иммунных клеток астаксантин не влиял, но усиливал активность NK-клеток и увеличивал субпопуляции T и B-клеток [8].

Противовоспалительный эффект. Очевидно, что астаксантин снижает окислительный урон ДНК, помогая сохранять ее целостность. Также он снижал концентрацию С-реактивного белка [8]. Антиоксидативный эффект астаксантина предотвращает активацию про-воспалительного транскрипторого фактора NF-kB (nuclear factor kappa B) [7]. Nf-kB связан с цитокинами IL-1β и TNF-α. Снижает ли астаксантин TNF-α и IL-2 – по исследованиям информация противоречивая [7, 8, 9]. Я предположу, что в исследованиях, где отмечали инактивацию NF-kB наблюдали снижение TNF-α, когда речь не шла о NF-kB, то TNF-α не снижался.

Астаксантин в довольно большой дозировке (40 мг), снижает болевые симптомы и воспаление ЖКТ при диспепсии и инфекции H. Pylori. [10]. Также астаксантин усиливал барьерную функцию слизи (mucus), что мешало этой бактерии расплодиться [5].

На боль в мышцах после тренировок и уровень креатин-киназы астаксантин, естественно, не повлиял [11]. Не очень понятно, что исследователи хотели увидеть. Энергетический кризис ткани антиоксидантом не снимается.

У одного из производителей на упаковке есть заявление, что астаксантин помогает при боле в суставах, но при этом их исследования самой компании сложно назвать качественными [12]. Тем не менее мне кажется, что этот эффект имеет место быть. У меня в поездке довольно сильно болели плечи из-за многочасового ношения отягощения 19-20 кг без возможности размять плечи. Плечи болели при поднятии рук выше плеча. Не было перекладин для виса (отличная профилактика и лечение некоторых травм плеча), но боль при возобновлении плаванья на море и примерно 20 мг астаксантина в день перестали болеть всего за 2 дня (обычно это около недели). Астаксантин снижает уровень кислородных радикалов, количество ЦОГ-2 и выраженность NF-kB [13]. При этом в отличии от НСПВП астаксантин не является competitive inhibitor фермента ЦОГ-2. Исследование [13] также говорит о том, что астаксантин подавляет формирование NO и работу iNOS (фермента, синтезирующего NO). Последний факт можно интерпретировать и со знаком «+» и со знаком «-» в зависимости от контекста.

Фертильность. В одном из исследований астаксантин улучшал параметры спермы у мышей-диабетиков [6]. Предположительно за счет уменьшения количества кислородных радикалов. Учитывая информацию выше о подавлении NO/iNOS, в теории можно ожидать снижение качества эрекции (сам не сталкивался).

Астатаксантин и матрикс металлопротеиназа 1 (MMP1)

Астаксантин эффективно снижает концентрацию ферменов MMP [1, 2, 4, 5, 18]. Другое название MMP-1 – fibroblast collagenase или interstitial collagenase. Это критически важный фермент для морфогенеза эпителия [14], также катализируются реакции «распада» ряда экстраклеточных молекул: коллагена (понятно из названия), IGFBP-3, IGFBP-5, IL-1β, L-селектин, овостатин, ФНОα и ряд других [14].

С точки зрения патогенеза MMP-1 чрезмерно выраженная интерстициальная коллагеназа и полиморфизмы, это вызывающие, связаны с атриальной фибриляцией [4, 15], ХОБЛ [16], некоторыми видами рака [4, 16], ревматоидным артритом [14, 17] и так далее.

Другие MMP ферменты имеют схожие функции и могут деградировать коллаген и эластин.

Астаксантин, MMPs и фотостарение

Солнечный ожог приводит к повышенной выраженности MMP-ферментов, которые деградируют коллаген и эластин кожи [2, 3].

Во время загара мы хотим получить UVA-излучение (например, для эффективого лечения анемии) или UVB-излучения для сульфатной формы витамина D3. Крема от загара блокируют УФ-спектр. Что защищает нас от загара, но во многом делает присутствие на солнце бесполезным.

Возможность астаксантина подавлять выраженность MMP-1 и родственных коллагеназ снижает урон кожи от УФ-излучения. Урон зависит от интенсивности УФ-излучения [2] и вашего цвета кожи. Поэтому надо знать пределы своих возможностей, иначе никакой астаксантин вам не поможет.

Астаксантин, немного практических рекомендаций и личный опыт

Астаксантин считает условно безопасным в дозировке до 40 мг в день. Дело в том, что исследований с большими дозировками просто не было. И в принципе, как видите по информации выше, количество и глубина исследований молекулы пока довольно зачаточное.

О побочных эффектах ничего не известно. Пока принято считать, что их нет в рекомендуемых дозировках.

Я загорал с 10 до 12-13 часов и с 17 до 18:30, за час до первого похода на пляж (где цеплял полуденное Солнце) употреблял 12-16 мг астаксантина, перед вечерним походом на пляж – 4-8 мг. В следующий раз буду брать капсулы сразу по 12 мг.

У меня от природы белая и тонкая кожа, которая на солнце быстро краснеет и сгорает. В этом года я ни разу серьезно не обгорел, даже когда позволял себе чуть больше, чем положено. При хождении днем астаксантин оказался прекрасным помощником – лицо краснело, но ощущений ожога для же при 2-3 часа на дневной жаре не было.

Загар также ложился как будто бы быстрее, но сходит, к сожалению, тоже привычно быстро.

В целом я остался очень довольным опытом. Ранее загар без кремов в виду моей белой и тонкой кожи всегда приводит к ожогам, а иногда и необходимости «подмазываться». В этот раз все было прекрасно, но еще раз хочу напомнить, что я хорошо чувствую солнечные ожоги и понимаю, когда без последствий уже не позагораешь.

Астаксантин. Выводы

  • Астаксантин –каротиноид, обладающий рядом полезных функций:
    • Мощный антиоксидант (в 10 раз сильнее других каротиноидов);
    • Иммуномодулирующий (активация про-воспалительных цитокинов, что будет полезно при некоторых бактериальных инфекциях) и противо-воспалительный эффект (снижение количества ЦОГ-2 / COX-2 фермента, снижение уровня про-воспалительных цитокинов);
      • Так как астаксантин снижает воспаление в целом, а не блокирует функцию ЦОГ-2 как НСПВП, то у него нет минусов этих лекарств;
    • Подавление MMP-коллагеназ, что имеет ряд терапевтических эффектов;
  • Отдельно из которых стоит отметить возможность использовать астаксантин как натуропатическое средство снижения вреда УФ-излучения коже, при этом получая все плюсы УФ-излучения. Кремами от загара / для загара я больше пользоваться не собираюсь.

Источники:

  1. Neuroprotective mechanisms of astaxanthin: a potential therapeutic role in preserving cognitive function in age and neurodegeneration;
  2. Astaxanthin attenuates the UVA-induced up-regulation of matrix-metalloproteinase-1 and skin fibroblast elastase in human dermal fibroblasts;
  3. Matrix-degrading Metalloproteinases in Photoaging;
  4. Astaxanthin: A Potential Therapeutic Agent in Cardiovascular Disease;
  5. Astaxanthin: a review of its chemistry and applications;
  6. Dietary supplementation with astaxanthin may ameliorate sperm parameters and DNA integrity in streptozotocin-induced diabetic rats;
  7. Multiple Mechanisms of Anti-Cancer Effects Exerted by Astaxanthin;
  8. Astaxanthin decreased oxidative stress and inflammation and enhanced immune response in humans;
  9. Anti-inflammatory effects of astaxanthin in the human gingival keratinocyte line NDUSD-1;
  10. Efficacy of the natural antioxidant astaxanthin in the treatment of functional dyspepsia in patients with or without Helicobacter pylori infection: A prospective, randomized, double blind, and placebo-controlled study;
  11. Astaxanthin supplementation does not attenuate muscle injury following eccentric exercise in resistance-trained men;
  12. BioAstin Helps Relieve Pain from Rheumatoid Arthritis;
  13. Protection against oxidative stress, inflammation, and apoptosis of high-glucose-exposed proximal tubular epithelial cells by astaxanthin;
  14. MMP-1: the elder of the family;
  15. MMP-1 and MMP-3 polymorphism and arrhythmia recurrence after electrical cardioversion in patients with persistent atrial fibrillation;
  16. Collagenolytic Matrix Metalloproteinases in Chronic Obstructive Lung Disease and Cancer;
  17. Matrix metalloproteinases: role in arthritis;
  18. Astaxanthin reduces matrix metalloproteinase expression in human chondrocytes
Поделиться:

Эпигенетика, «либертарианский» взгляд

Эпигенетика – злободневная и противоречивая тема современной науки. Противоречивая, потому что нет единого научного консенсуса в том, что входит понятие эпигенетика.

Я буду исходить из того, что эпигенетические изменения – это наследуемые изменения функции или экспрессии генетического аппарата, не связанные с последовательностью нуклеотидов в ДНК.

Эпигенетика часто сводится к метилированию ДНК и [пост-трансляционной] модификации «хвостиков» гистонов. Я обнаглею и позволю себе посмотреть на этот вопрос немного шире и более фрагментарно одновременно, чтобы подчеркнуть связь генетического аппарата с внешней средой и образом жизни. Содержание постараюсь сделать доступным и буду приводить примеры с конкретными заболеваниями.

Короткое содержание заметки:

  • мтДНК, митохондриальные болезни, заместительная митохондриальная терапия;
  • Unstable repeats;
  • Модификация гистонов;
  • Генетический импринтинг;
  • Х-инактивация у женщин;

Эпигенетика, митохондрии и мтДНК

Пожалуй, самый спорный раздел из вышеуказанных, но без митохондрий никуда.

Митохондрия – это энергостанции наших клеток, база всей многоклеточной жизни на планете. Про мтДНК и эволюцию я писал ранее на основе работ Doug Wallace. Также рекомендую книги Ника Лэйна для ознакомления с историей симбиоза наших предков с митохондриями.

Коротко, митохондрии:

  • Свой набор ДНК, митохондриальные ДНК, мтДНК;
  • В митохондрии примерно 5 копий мтДНК;
  • Размер мтДНК 16,5 килобаз, против 3 гигабаз ядерной ДНК;
  • мтДНК содержит 14 protein coding regions, ядерная ДНК содержит примерно 20 000 protein coding regions;
  • мтДНК мутирует в 20 быстрее ДНК;
  • мтДНК передается (за редчайшим исключением) только от матери

Гены митоходрий кодируют только белки дыхательной цепи переноса электронов, места синтеза АТФ. Большинство необходимых белков митохондрии импортируют из цитозоли. Современный консенсус состоит в том, что было сильное эволюционное давление на то, чтобы определенные белки дыхательной цепи кодировали сами митохондрии.

мтДНК меньше защищена от внешнего воздействия, чем ядерная ДНК, поэтому митоходрия является сенсором изменений окружающего мира. Я ранее приводил в пример климат и расстояние между цитохромами дыхательной цепи. В теплом климате цитохромы ближе к друг другу, что уменьшает энергопотери в процессе переноса электронов и улучшает эффективность синтеза АТФ. Что, допустим, положительно влияет на подвижность спермы, которая обеспечивается как раз АТФ. На холоде же дыхательные комплексы дальше друг от друга. При удалении комплексов друг от друга передача электронов будет сопровождаться большими теплопотерями (даже не говоря о термогенине и разобщении H+ градиента), что является полезным для проживания на этом самом холоде.

Или более простой пример. Голод или сытость определяются наличием отсутствием реактивных видов кислорода, затем через UCP2 (разобращающий белок 2) влияет на POMC нейроны гипоталамуса и затем на чувство сытости. А наличие/отсутствие реактивных видов кислородов в митоходриях – это наличие/отсутствие носителей электронов NADH/FADH2 (итога метаболизма еды) в дыхательной цепи.

Я надеюсь, что вкратце сумел аргументировать, почему эпигенетика как тема не может идти отдельно от разговора от митохондриях. Один из важнейших наших детекторов внешней среды, который запускает многие адаптивные процессы. Как элементарный пример.

Митохондриальные болезни, синдром Ли и пересадка здоровых митохондрий

Митохондриальные болезни могут быть связаны не только с мтДНК, но и с 100+ генов ДНК, что задачу только усложняет [1]. В целом болезни, связанные с мутациями именно мтДНК имеют частоту распространения 1:5000.

Как пример серьезного недуга именно митохондриальной природы – синдром Ли (иногда пишут Лея) [2], он же подострая некротизирующая энцефаломиопатия. Примерно ¾ случаев обусловлены мутациями ДНК, ¼ — мтДНК. Итог схожий – недостаток окислительного фосфорилирования (в частности работы цитохрома С) приводит к недостатку энергоснабжения клеток и последующей ранней смерти.

Mitochondrial replacement therapy – это одно из последних серьезных новаторств ЭКО. Берется ДНК из ооцита пациентки c патологией мтДНК и пересаживается в цитозоль ооцита женщины-донора со здоровыми митохондриями, откуда вынули ДНК донора [3, 4]. В новостях это называли «ребенок трёх родителей» [4].

Я не зря выбрал синдром Ли. Первой пациентой, ооцитам которой успешно пересадили здоровые митохондрии, была женщина с синдромом Ли [4]. Этические споры до сих пор не утихают, что никак не мешает совсем молодому человеку жить по крайней мере без синдрома Ли и недостатка в АТФ.

Эпигенетика и unstable repeats

В некоторых частях ДНК есть так называемые нестабильные повторения, когда небольшая последовательность нуклеодитов многократно повторяется [5, 6, 7]. Считается, что в некоторых частях ДНК механизмы починки и репликации «соскальзывают», давая подобные повторения [5, 6, 7].

Проблема нестабильных повторений в том, что они с поколениями могут увеличиваться [5-6]. Увеличение unstable repeats с поколениями называется anticipation.

Unstable repeats, HTT ген и хорея Гентингтона

Хорея Гентинтона – в основном генетическая болезнь. Белок huntingtin, роль которого в развитии профильного заболевания толком не ясна, кодирует ген HTT, находящийcя в позиции 4p16.3 (короткая «ручка» 4-й хромосомы). Когда число повторений становится слишком большим – белок теряет свою функцию, и последующие поколения постепенно приходят к болезни Гентингтона.

Обычно есть такая пирамида, в случае хореи Гентингтона это:

  • Доброкачественная (benign) вариация — Меньше 26 повторений CAG;
  • Промежуточная (intermediate) вариация – 27 – 35 повторений CAG;
  • Пре-мутация – 36-40 повторений CAG;
  • Патологическая мутация – больше 40 повторений CAG

Может ли эпигенетика включать наследуемую патологию роста количества нестабильных повторений в HТТ гене? Будем считать, что я много могу себе позволить в собственной же заметке.

Эпигенетика и пост-трансляционная модификация гистонов

3 гигабазы ДНК занимают примерно 2 метра, будучи (в воображении) вытянутыми в длину. Эти 2 метра кода упакованы по хромосомам.

Хроматин – вещество хромосом, которое кроме ДНК включает в себя РНК и белки.

Нуклеосомы – это часть ДНК, обвитая вокруг октамерных белков гистонов (обычно два раза).

Эпигенетика

Гистоновый октамер состоит из 2 копий гистонов H2A, H2B, H3 и H4, как это видно на рисунке выше. N (и реже С) терминалы гистонов проходят пост-трансляционную модификацию. К ним ковалентно могут присоединяться различные молекулы. Например, метиловая группа (CH3) или ацетиловая группа (C2H3O).

Проблема модификации гистонов к комплексности и объемности происходящего. Допустим, H3K4 – самая изученная часть гистонов, ее метилирование и ацетилирование усиливают транскрипцию гена, а метилирование H3K9 на том же H3 гистоне подавляет транскрипцию гена. Разные виды пострансляционных модификаций разных частей гистонов делает картину эпигеном/геном куда более сложной, чем сам геном.

Очевидный пример – возрастные изменения [9]. Какие-то модификации гистонов и хроматина аккумулируются, какие-то теряются.

Эпигенетика и генетический импринтинг

Метилированию может подвергнуться и сама ДНК. В зависимости от места метилирования по отношению к гену эта модификация может как усилить экспрессию гена, так и прекратить его выраженность вовсе.

«Рычажки» метилирования ДНК сбрасываются примерно на 5-й день существования зиготы. Но иногда эпигенетика преподносит нам сюрприз – метилирование участков ДНК частично сохраняется. Это и есть генетический импринтинг.

Классический пример генетического импринтинга – синдромы Ангельмана и Прадера-Вилли.

Эпигенетика преподнесла сюрпризы, потому что со временем оказалось, что у двух редких и различных заболеваний схожая природа – удаление в 15q11 части хромосомы в виду импринтинга (конкретный механизм пропущу, потому что начинаю скучать во время написания).

Синдром Ангельмана – удаление отцовской части 15q11 и выраженность материнской. Синдром Прадера-Вилли – наоборот.

Материнская и отцовская части транскриптируются на встречу друг другу. ДНК у нас двойная спиральная, поэтому может транскриптироваться в обе стороны.

Либо продолжительная и некодирующая белок РНК помешает выраженности UBE3A гена, и мы столкнемся с синдром Прадера-Вилли. Или, как в случае с выраженностью материнской копии, у нас не будет трансприптирован ряд генов (синих на рисунке выше), важных для развития в том числе нервной системы.

Эпигенетика и деактивация Х-хромосомы у женщин

Женщины – генетическая мозаика. Ряд несознательных граждан склонных это интерпретировать как телегонию. То, что контакты женщин с мужчинами (особенно половые), оставляют в женщинах свой генетический след. Я бы не писал про эту глупость, если бы так часть ее не видел. Но учитывая то, что в каждом из нас есть части хромосом двух бабушек и двух дедушек, то найти различные части ДНК у женщин не так сложно, учитывая следующий феномен.

Мужчины, как вы помните, ХУ, а женщины ХХ. Пол определяет наличие/отсутствие У хромосомы. Но у женщин активна только одна Х хромосома. В каждой клетке какая именно Х хромосома будет активна выбирается более или менее случайно.

XIST ген кодирует большую РНК (которая не транслируется в белок). Эта РНК деактивирует одну из Х хромосом.

С этим феноменом связан эффект manifesting carriers, когда женщины частично экспрессируют патогенный фенотип, связанный с рецессивным Х-аллелем (нужна хотя бы одна рабочая копия, чтобы не было болезни): и в каких-то клетках у нас «здоровая» вариация, в каких-то патогенная.

P.S. Выводов не будет. Для себя я понял, что писать общеобразовательные вещи в формате заметок мне скучно: нет моей мысли, нет моей аналитики, не надо создавать структуру для общего понимания итд.

Источники:

  1. Mitochondrial Disorders Overview;
  2. Leigh syndrome;
  3. Biomedicine: Replacing the cell’s power plants (Nature, 2016);
  4. First ‘three person baby’ born using new method;
  5. Unstable Triplet Repeat Diseases;
  6. R loops stimulate genetic instability of CTG·CAG repeats (PNAS, 2010);
  7. Genetic diseases caused by expandable repeats — dynamic mutations by Dr. István Balogh, Dr. János Kappelmayer, Dr. József Tőzsér (2011);
  8. HTT gene
  9. Epigenetic Regulation in Neurodegenerative Diseases;
  10. Histone modifications (Nature, Figure);
Поделиться:

B-клетки, антитела, реакции герминативных центров

B-клетки – основа гуморальной части адаптивного иммунитета. Я хочу продолжить тему базовой информации об иммунной системе, а в конце расскажу про небольшую революцию в понимании работы B-клеток. Предыдущую заметку рекомендую почитать, так как текст этой подразумевает знание предыдущего материала. В будущем я буду довольно глубоко зарываться в иммунологию и генетику. Хочу, чтобы на моем сайте была минимальная база, на которую я всегда смогу дать ссылку любопытному читателю. Поэтому помимо привычных статей у меня будут такие общеобразовательные вещи.

Примерный план:

  • B-клетки и функции антител;
  • Строение и классы антител;
  • Активация B-клеток CD4+ клетками;
  • Реакции герминативных центров;
  • Относительно недавние открытие в области гуморального иммунитета;

B-клетки и антитела

B-клетки – это клетки адаптивной иммунной системы. Их основная особенность – способность секретировать антитела.

Антиген – всё, что угодно. Любая молекула, которая может связаться с антителами.

Антитело – белковая молекула, выполняющая ряд важных функций. Особенность антител в том, что их может быть 10˄10 — 10˄11 различных разновидностей. Антитела могут связываться практическим с любым антигеном. В отличие, допустим, от T-клеток, для активации которых нужны пептиды, презентованные на MHC-белках;

Функции антител:

Нейтрализация. Антитело может связаться с патогенным компонентом (допустим, вирусом), не давая ему связываться с клеточными целями;

Опсонизация. Фагоциты могут не видеть часть патогенов. В том числе антитела обволакивают антигены, делая их доступными для фагоцитоза;

Фиксация комплиментов. Комплименты в свою очередь способствуют воспалению, опсонизируют патогены или с помощью C9 MAC (membrane attack complex) разрушают клеточную стенку бактерий (лизис), тем самым их уничтожая.

Цитотоксичность, опосредованная антителами.  NK-клетки и цитотоксичные Т-клетки могут присоединяться к антителам, выпуская смертоносные гранулы в зараженные (в идеале) клетки.

Строение антитела

Антитело состоит из двух Heavy Chains и двух Light Chains.

Fc часть неизменяема, с ней связываются другие клетки, комплименты итд.

Fab часть содержит у N-терминалов гипервариативные регионы. V(D)J рекомбинация гена, контролирующего 3 петли (loops) у каждого из гипервариабельных регионов обеспечивает все многообразие антител.

Антигены связываются с Antigen binding site.

Углубляться не будем, чтобы не забыть про основную тему.

Классы антител (иммуноглобулинов)

IgM – это базовый иммуноглобулин. Визуально его отличает J-chain, соединяющая 5 антител в одно. Изначально B-клетки секретируют именно IgM и только последующие события позволяют менять этот изотип на другой.

IgG — рабочая лошадка антител, самый распространенный иммуноглобулин. Обладает большинством функций, которые мы ассоциируем с антителами. В том числе наследование антител от матери детям.

IgA – также обладает J-chain, в данном случае устойчивой к протеазам. Что определяет место действия этого Ig – желудочно-кишечный тракт.

IgE – активирует эозинофилы, важно для реакции на паразитов, также участвует в аллергических проблемах.

IgD – менее важный и менее понимаемый Ig. Играет роль в том числе в работе легких.

B-клетки. Активация CD4+ клеткок в лимфоузлах

B-клетки и T-клетки происходят из hematopoietic stem cell (гематопоэтические стволовые клетки или гемоцитобласты). Но их судьба разделяется после common lymphoid progenitor, общего предка всех лимфоцитов. B-клетки большую часть «взросления» проходят в костном мозге, а Т-клетки в тимусе. Возмужавшие, но все еще незрелые (immature) клетки обоих типов затем отправляются во вторичные лимфоидные органы, в первую очередь в лимфатические узлы.

B-клетки населяют фолликулярную часть лимфоузлов, в том время как Т-клетки населяют межфолликулярное пространство, где (как помните) активируются дендритными клетками.

Сближают клетки хемокины Т-клеток и CCR7 рецепторы B-клеток, знакомый нам по активации дендритных клеток.

B-клетки также являются антиген-презентующими клетками (вместе с DC и МФ). Они интернализируют патоген, расщепляют его белки на пептиды в лизосомах, затем представляют пептидные фрагменты патогена на MHC II белках. Раз речь идет об MHC II, то и активировать B-клетки будут CD4+ (T helper) лимфоциты.

Пока у нас B-клетки, презентующими пептид на MHC II белках и с активированным CCR7 рецептором, позволяющим воспринимать хемокины Т-клеток и мигрировать в межфоликулярное пространство.

Затем нам нужна Т-клетка с рецептором (TCR, T cell receptor), аффинитивным представленному пептиду.

В данном случае также работает принцип «двойного рукопожатия» и мембранный лиганд CD40L Т-клеток должен соединиться с CD40 белком B-клеток.

После этого обе клетки мигрируют в герминативные центры (germinal center), где произойдет реакция герминативных центров (germinal center reaction).

Germinal center reactions

Активированная Т-клетка (назовем ее для простаты фолликулярная Т-клетка, fTh) от обычной будет отличаться:

  • Белком CD40L;
  • CXCR5 (он же BLR1, он же CD185)

CXCR5 рецептор позволяет B-клетке и Т-клетке вместе мигрировать в герминативный центр, где и происходит самое интересное.

Действующие лица реакции герминативных центров:

  • B-клетки;
  • Фолликулярные Т-клетки;
  • Фолликулярные дендритные клетки.

B-клетки:

  • Проходят реакцию массивную клональную экспансию;
  • Которая сопровождается соматической гипермутацией (в 10^5 – 10^6 бодрее, чем мутации ДНК) частей ДНК, отвечающих за антигены;
  • Соматическая гипермутация приводит к affinity maturation, резкому росту аффинитивности антигенов патогену;
  • Антитела за счет генной рекомбинации (разрезке и склейке) проходят isotype switching, антитела/иммуноглобулины меняют базовый изотип IgM на какой-то другой из вышеописанных.

Фолликулярные T-клетки:

  • CD40L как раз и позволяет B-клеткам инициировать процедуру смены изотипа иммуноглобулина;
  • Также проходят клональную экспансию, но в значительно меньше количестве, чуть дальше вы поймете, почему

Фолликулярные дендритные клетки:

Презентуют антиген B-клеткам; Во время клональной экспансии и соматической гипермутации B-клеток аффинитивность патогену будет меняться не только в большую, но и в меньшую сторону. Фолликулярные дендритные клетки с помощьюх химических сигналов добиваются того, что в живых остаются только B-клетки с рецепторами/антителами высоко-аффинитивными патогену. B-клетки с низкой и нормальной аффинитивностью погибают. Так и происходит affinity maturation.

Результаты germinal center reaction:

  • Долгоживующие плазма-клетки (long-lived plasma cells), секретирующие антитела, высоко аффинитивные патогену;
  • Memory B-cells, клетки гуморальной памяти; они неактивные, но при контакте с патогеном «оживают» и начинают секретировать антитела;
  • Isotype switching (смену изотипа иммуноглобулина) c IgM на IgG и другие типы.

B-клетки

Под конец позволю себе немного лирики про разнообразие B-клеток в герминативных центрах

Иногда в науке бывают лже-аксиомы. Какие-то вещи принимаются по умолчанию, хотя никогда толком не обсуждались и не доказывались. Всегда считалось, что в germinal center reaction участвует 1 (ну изредка 2) разных клона B-клеток (в смысле презентующих разные пептидные части патогена).

Visualizing Antibody Affinity Maturation in Germinal Centers – в этой по-настоящему крутой статье авторы задались подобным вопросом, используя интересные технологии клеточной визуализации и смогли продемонстрировать однозначный результат, опровергающий лже-аксиому.

Если вы внимательно посмотрите картинки, а еще лучше если почитаете текст, то увидите, что в герминативном центре десятки разные клонов B-клеток. Это говорит о том, что наша иммунная система нападает не просто на какую-то отдельную «пептидную сигнатуру», а атакует вражеские белки «с разных сторон».

B-клетки и итоги

Так как выше скорее экспресс-вводная по функции B-клеток и реакции герминативных центров, то уместны не выводы, а напоминание того, что нужно знать применительно к гуморальному иммунитету и этой заметке:

  • Ключевая функция B-клетки;
  • Что такое антигены;
  • Что такое антитела;
  • Функции антител:
    • Опсонизация;
    • Нейтрализация;
    • Фиксация комплиментов;
    • Цитотоксичность, опосредованная антителами;
  • Структуру антитела:
    • Fab / Fc; что связывается с антигенами, с чем связываются другие иммунные клетки;
    • Heavy chains, Light Chains;
    • Antigen binding site;
    • Гипервариативный домен антител; V(D)J рекомбинация;
  • Классы антител: IgG, IgM, IgA, IgE, IgD и их основные особенности;
  • В самом примитивном виде структуру лимфатического узла (где какие клетки);
  • Антиген-презентующая функция B-клеток;
  • CCR7 и миграция в межфолликулярное пространство;
  • Активация Т-клеток (MHCII + TCR; CD40 + CD40L);
  • Отличия активированной (фолликулярной) Т-клетки от обычной:
    • CD40L;
    • CXCR5;
  • За счет чего (CXCR5) клетки потом мигируют в герминативный центр;
  • Клетки герминативных центров и их функции;
  • Основные процессы внутри герминативных центров (соматическая гипермутация, affinity maturation, isotype switching);
  • Итоги реакции герминативных центров (плазма-клетки, memory B cells, isotype switching);
  • Количество видов B-клеток в герминативных центрах: устоявшееся мнение и последние исследования.
Поделиться:

Шизофрения как аутоиммунное заболевание. И много лирики про генетику

Шизофрения – «королева» психиатрии, где есть расхожая фраза о том, что разбираться в шизофрении значит разбираться в психиатрии. С другой стороны, есть генетика, в которой на базовом уровне уже давно необходимо разбираться не только каждому врачу, но и озадаченному своим здоровьем человеку. Хочется поженить две эти темы.

Шизофрения будет в конце. Выводы тоже.

Менделевское наследование и неоднозначность интерпретации результата

Генотипирование становится более доступным, к нему чаще прибегают врачи. Вопрос корректной интерпретации при этом остается. Менделевское наследование мы понимаем хорошо, но даже там все неоднозначно. Речь пока пойдет о том, когда 1 ген определяет черту.

Давайте вспомним, недавно тут обсуждаемую неперсистентность лактазы.

Отрицательный тест не означает неперсистентность лактазы и проблемы с молочкой. -13910T (вариация enhancer части LCT гена) – это далеко не единственная мутация, подарившая людям восприимчивость молочной продукции во взрослой жизни. А в вашей лаборатории «у дома» с большой вероятностью будет генотипирование только по -13910T. Также наличие этой полезной для переработки молочной продукции мутации не означает отсутствие проблем с молочной продукцией. Есть те же DPP4 ферменты, например.

В этом плане генотипирование черт с менделевским наследованием – дорогой способ подтверждения уже известных черт наблюдаемого фенотипа. Но результаты надо уметь интерпретировать и сопоставлять с пациентом.

Пенетрация. Будет ли ген выражен или не будет выражен. Допустим, Серповидноклеточная анемия – зависит от мутации в одном гене. Но у этой мутации неполная пенетрация, 60%. То при наличие патологической мутации sickle cell anemia будет только в 3 случаях из 5. Наши гены находятся не в изоляции, принято считать, что различные генетические аспекты могут играть роль вкл/выкл даже при наличии патогенной мутации.

Экспрессия. Когда черта проявляется частично под действием генетического окружения и среды. Синдром Жильбера. У носителей (как я) повышенный билирубин. Но у меня он почти в норме или в норме, в самых трудных моментах уходя за 30, при острых кишечных инфекциях (допустим, ротавирус) за 40, а у других носителей билирубин редко опускается ниже 40.

Короткие выводы:

  • Даже при менделевском типе наследования генотипирование накладывает определенные требования к умению врача интерпретировать результат и правильно доносить результаты до пациента;
  • Всегда надо помнить про пенетрацию и экпрессивность;

Common traits (распространенные черты) запутывают картину еще сильнее

Менделевские черты относительно редки и как правило очень значимо влияют на здоровье. На common traits обычно влияет пул генов и среда.

Теперь давайте возьмем распространенную болезнь. Это заболевания/черты, которые встречаются часто, но обладают low effect size, то есть гораздо слабее медлевских черт влияют на патогенез.

Посмотрите на болезнь Крона как пример. На текущий момент идентифицировано более 140 генов (а точнее loci), влияющих на болезнь Крона [1].

Когда обычный человек проходит генотипирование или даже секвенирование ДНК, то может получить информацию о риске х2/х4 развития той или иной болезнь. Шизофрения имеет распространенность 1% и абсолютный риск для среднестатистического индивида – 1%. Много ли будет значить риск х2 при отсутствии каких бы то ни было признаков и семейной истории психических расстройств?

Дело в том, что пул loci, которые будут влиять на предположительный риск развития заболевания определяет сама исследовательская компания. Поэтому этот риск может быть оценен по-разному.

И не стоит забывать про missing heritability. Возьмем рост белого человека как пример. 80% роста европейского человека определяются генетически (у азиатов 60%). При этом известными нам генетическими вариациями мы можем объяснить только 30% наследуемости. Остальные 50%, которые принято считать генетическими, но невозможно объяснить существующими вариациями и называются missing heritability.

В итоге получаем, что оценка генетических рисков распространенных заболеваний находится в младенческом состоянии и любые результаты вне клинической картины конкретного пациента значат очень мало.

GWAS как свет в конце туннеля

Genome-Wide Association Studies – это способ поиска патогенных мутаций. Методика молодая, существует с 2007 года.

В исследованиях сравнивают 2 когорты: здоровых и больных людей. Затем статистическими методами определяют «значимость» той или иной мутации для конкретного заболевания.

По итогу GWAS анализа мы получаем Manhattan Plot, который назван так в честь того, что самые статистические вероятные кандидаты возвышаются как небоскребы Манхэттена.

Как пример шизофрения.

шизофрения

Как видите, работа по поиску патологических вариаций занимает года. И если мы посмотрим на мутацию, которую нашли в 6 хромосоме, то статистически это всего лишь +0,25% риска заболевания. Несколько лет и вместо 1% мы можем диагностировать 1,25%. Стоило ли оно того?

Шизофрения как аутоиммунное заболевание

Такие находки дают нам бесценные инсайты о понимании патофизиологии той или иной болезни. Возьмем в пример PCSK9 ген 1-ой хромосомы, роль которого обнаружили похожим способом. Этот ген кодирует одноименный фермент, крайне важный для метаболизма холестерина. И вариации в этом гене были обнаружены у людей, обладающим от природы очень низким холестерином. На основе этой находки появились клинические испытания лекарств, снижающих холестерин (не статины, на всякий случай). И хотя большинство этих разработок не дойдут до полки – GWAS в правильных руках даёт нам возможность искать инсайты о причинах болезней.

Психопатологию многие по недомыслию называют «почти наукой», а клинических психологов «почти врачами».  Да, с одной стороны мы диагностируем пул клинических признаков, которые наблюдаем в течение продолжительного времени. И на основе симптоматики, довольно примитивно понимая патофизиологию, начинаем лечение. Но такова история всей медицины. Зачастую со странными причинно-следственными связями, вроде лечения сифилиса ртутью. Хорея Гентингтона вполне реальна, но до идентификации unstable repeats в HTT гене (об этом подробнее в будущей статье про эпигенетику) могла быть причислена к таким же судо-диагнозам.

MHC ген. MHC/HLA «паспорта» людей

Шизофрения была связана с мутациями в MHC гене 6-й хромосомы. MHC он же HLA ген кодирует MHC белки, которые презентуют пептидные «сигнатуры» патогенов Т-клеткам и актируют их. Подробнее в недавней заметке.

У людей может быть более 5000 вариантов MHC/HLA «паспорта», где только HLA-B часть отвечает более чем за 2500 вариантов.

Наша иммунная система постоянно сканирует организм на предмет свой-чужой. И наша иммунная система обладает рядом защитных механизмов иммунной толерантности, делая так, что в норме Т-клетки не атакуют сам организм (клональное уничтожение само-реактивных клеток в тимусе) и B-клетки не вырабатывают антигены на себя (дополнительная рекомбинация в костном мозге).

И различие MHC/HLA «паспортов» — причина отторжения пересаженных тканей. Иммунная система видит «чужой» HLA-«паспорт» и начинает обезвреживать незваную ткань. По этой же причине почти невозможно пересадить раковую опухоль от человека к человеку, оставляя такую экзотику как передаваемые опухоли лица каким-нибудь более гомогенным в плане MHC/HLA тасманийским дьяволам.

В общем, если мы видим мутацию в MHC гене, то она скорее всего будет связана с функцией иммунной системы. Мне кажется факт того, что шизофрения может быть связана с дефектами иммунной системы уже безумно интересно.

Забегая вперед скажу, что шизофрения связана с дисфункцией комплиментарных белков C4. Хочу вкратце напомнить, что такое комплиментарная система.

Иммунные комплименты

Комплименты – это белки врожденной иммунной системы, дополняющие иммунный ответ тремя функциями:

  • Способствуют дальнейшему росту воспаления;
  • [Некоторые комплименты] опсонизируют (обоволакивают) патогены, делая их более доступными для фагоцитоза профильными иммунными клетами;
  • Лизис (растворения в своей среде путем разрушения клеточных стен бактерий), за который отвечает C9 MAC (membrane attack complex).

Картинка кажется перегруженной, но зато она охватывает все ключевые моменты.

Все начинается с:

  • Контакта с микробами (альтернативный путь активации);
  • Контакта с антителом (классический путь);
  • Контакта с лектинами (агглютинины, связываются с определенными сахарами (допустим, маннозой), характерными для бактерий, в каком-то смысле естественные антитела.

При активации происходит Complement Cleavage (расщепление/разделение комплимента на части), основной путь:

  • C3 расщепляется:
    • C3a (способствует воспалению);
    • C3b (опсонизация микробов);
      • C3B расщепляет С5:
        • С5a (воспаление);
        • C5B активирует C9;
          • C9 и с рядом других комплиментарных белков формируют Membrane Attack Complex, которые делает дыры в микробах, чем их напрямую убивает (лизис).

Комплиментарный каскад – важная часть функции врожденной иммунной системы. Давайте уже подойдем к вопросу причем тут шизофрения.

Шизофрения, синаптический прунинг и C4 белки

Синаптический прунинг – это выборочная «обрезка» синаптических связей нейронов, которая происходит с раннего детства до конца пубертатного периода. С возрастом количество нейронов не увеличивается. Но меняются синаптические связи, происходит миелинация аксонов и растут нервные волокна. По сути синаптический прунинг отражает процесс обучения человека (да и любого млекопитающего). Какие-то связи устанавливаются, какие-то крепнут, какие-то уничтожаются.

C4 белки комплиментарной системы связаны с синаптическим прунингом. Сильно упрощая картину я бы сказал, что C4 связаны с «пометкой» синапсов для уничтожения. С4 активирует C3, C3 ковалентно присоединяется к «целям» иммунной системы, которые в последствии уничтожаются фагоцитами. Также C3 «метки» необходимы для уничтожения синапсов микроглиями, важными клетками ЦНС, у которых есть рецепторы комплиментарных молекул [4,5].

C4 наиболее представлен в префронтальной коре и гиппокампе.

Из сотен полиморфизмов с шизофренией сильнее всего был ассоциированы 7751 различных вариаций MHC локуса [3]. Исследование впечатляет своими масштабами. Анализировались данные 28 799 пациентов с шизофренией и 36 986 контрольных пациентов, 40 когорт в 22 странах [3].

Шизофрения (да и аутизм) отличается чрезмерно активным сипаптическим прунингом, большей выраженностью C4 белков.

Это, на мой взгляд, и позволяет говорить, что шизофрения – аутоиммунное заболевание. Комплиментарная система помечает для удаления гораздо больше, чем это бы следовало, в итоге мешая корректному прунингу (то есть научению) и приводя к странным гомологическим связям нейронов и как следствие к некорректной работе функции отражения окружающей действительности.

Плюс этой находки в том, что уже сейчас мы можем создавать моноклональные антитела почти для чего угодно. Очевидно, что это не всегда так просто работает, может быть ряд сложностей. Но генетика (и конкретно GWAS) помогла нам найти этот важный инсайт о болезни, который может быть отправной точной нового подхода к лечению этого тяжелого недуга.

Выводы:

  • Даже такая тривиальная вещь как генотипирование SNP требует базового понимания генетики;
  • Никто не стоит забывать не только про самого пациента, но еще и про пенетрацию и экспрессивность;
  • Оценка риска распространенных болезней (common diseases) пока находится в незрелой фазе. Болезни часто определяются сотнями loci и факторами среды, причем лаборатории сами определяют какие мутации они включают в пул, какие нет;
  • GWAS – методика, которая сравнивать здоровую и больную когорты, и статистическими методами находить патогенные мутации, в которые исследователи в будущем могут «зарыться»;
  • Шизофрения связана с множественными полиморфизмами MHC гена на 6 хромосоме, который играет очень важную роль в работе иммунной системы;
  • Шизофрения связана с гиперактивной функцией комплиментарных белков C4, которые участвуют в синаптическом прунинге, активируя уничтожение тех или иных синапсов.

Источники:

  1. Finding Genes for Common Diseases Using GWAS;
  2. Schizophrenia’s Genetic “Skyline” Rising;
  3. Schizophrenia risk from complex variation of complement component 4;
  4. The Classical Complement Cascade Mediates CNS Synapse Elimination;
  5. Microglia Sculpt Postnatal Neural Circuits in an Activity and Complement-Dependent Manner;
  6. Genetics of Schizophrenia: Overview of Methods, Findings and Limitations
Поделиться:

Кето и некоторые аутоиммунные заболевания

Кето – высоко жировая и низко-углеводная диета, имитирующая положительные эффекты голодания (активация оси NAD+ > Sirt1 > PGC-1α) без катаболической части. Я довольно много касался метаболической составляющей вопроса, неврологической и даже клеточных механизмов, а вот до иммунологии не доходило.

Немного о CD4+ клетках

Т помощники (T helpers, Th далее) – это клетки адаптивной иммунной системы. Не менее корректный термин CD4+ (CD4 positive). Th активируются антиген презентующими клетками в во вторичных лимфоидных органах и помогают организму выработать ответ, специфичный патогену.

Патогены бывают разными, поэтому у CD4+ клеток есть свои подтипы, вырабатывающие свои клеточные химические сигналы:

Th1, основной цитокин интерферон гамма (IFN-γ), эти клетки связаны противодействием интрамолекулярным бактериям (например, Mycobacterium tuberculosis), которые умело противодействуют деградации и фагоцитозу, будучи внутри макрофагов; IFN-γ в том числе активирует функцию фагоцитоза, помогая «переварить» патоген;

Th2, основные цитокины: IL-4, IL-5, IL-13; Интерлейкин-5 активирует эозинофилы (гранулоциты), которые выпускают гранулы, помогающие уничтожать паразитов. IL-4 и IL-13 действуют на кишечник, увеличивая выработку мукуза (слизи) и увеличивают мотильность кишеника.

Th17, основной цитокин: IL-17; этот цитокин помогает сражаться с экстраклеточными патогенами (грибками, бактериями), привлекая в воспаленные ткани нейтрофилы и моноциты (в будущем макрофаги), которые их фагоцитируют. Также Th17 стимулирует клетки эпителия выделять так называемые дефенданты, естественные антибиотики, которые связываются с бактериями снаружи кожных покровов.

Все перечисленные выше цитокины – про-воспалительные и могут быть связаны с иммунными проблемами: будь то аутоиммунные заболевания (Th1, Th17) или аллергии (Th1, Th2).

Treg – это СD4+ клетки, регулирующие силу и продолжительность иммунного ответа. Чрезмерная активность Th1 может привести к образованию гранулём (куча МФ, окруженных Тh1 кольцом). Чрезмерная активность Th17 может привести к урону тканям, например.

Th17, IL-17 и аутоиммунные заболевания

Первое же заболевание, которое ассоциируется с IL-17 – это, конечно же, псориаз. Другие заболевания, которые ассоциируются с IL-17: ревматоидный артрит, анкилозирующий спондилит (болезнь Бехтерева), болезнь Крона, рассеянный склероз и некоторые другие.

Довольно много шума наделал не так давно секукинумаб компании Новартис, моноклональное антитело к IL-17 (он же IL-17A). «Маб» в конце действующего вещества обозначает monoclonal antibody (моноклональное антитело), молекулы, связывающиеся с профильными антителами и влияющие на секрецию цитокинов.

С моноклональными антителами есть 2 большие проблемы:

  • Цена (разработка нового лекарства обходится фарме в среднем в 2-5 млрд долларов), за что фарма попросит заплатить потребителя;
  • Недостаточная изящность работы. Мы подавляем основной цитокин Th17, что равно большему шансу экстраклеточных инфекций (бактериальных, кандидоза итд). Что подтверждается исследованиями самой Novartis.

Кето, IL-17 и псориаз

Довольно часто оказывается, что среда, образ жизни и даже диета могут быть регуляторами иммунного ответа.

Давно не секрет, что летом шанс на ремиссию псориаза увеличивается. Витамин D подавляет производство IL-17 клетками Th17.

У кето есть схожий эффект, размеру на анализе статьи The effects of ketogenic diet on the Th17/Treg cells imbalance in patients with intractable childhood epilepsy.

Исследователи взяли 28 детей с эпилепсией неясной формы + контрольную группу.

До и после замеряли интересные маркеры воспаления.

После кето снизилось количество Th17 клеток и повысилось количество Treg.

кето

С более детальными маркерами не менее интересно:

IL-17A. Основной про-воспалительный цитокин Th17, его концентрация на кето у детей-эпилептиков заметно снизилась. Самый важный результат, позволяющий говорить о кето как о противовоспалительной диете.

Foxp3. Основной оркестрирующий белок Treg. Его рост на кето говорить об увеличении функции Treg.

RORγt. Транскрипторный фактор, важный для дифференциации Th17. Его снижение на кето – в большей части случаев можно расценивать противовоспалительный эффект.

GITR. Белок, который выражают Treg, растет на кето.

CTLA-4. Белок Т-клеток, связывающийся с дендритными клетками таким образом, чтобы те, не могли активировать Т-клетки. Подробнее в профильной заметке. Больше CTLA-4 – больше деактивации и анергии Т-клеток.

Подавление IL-17A, RORγt – цели фармакологический терапий для аутоиммунных заболеваний.

Выводы

  • Кето подавляет функцию Th17 и усиливает функцию Treg, что может быть полезно при псориазе, ревматоидном артрите, болезни Бехтерева, болезни Крона и некоторых других аутоиммунных заболеваниях.
  • При этом мы ничего не блокируем моноклональными антителами, оставляя организму простор для саморегуляции;
  • Эффект иммуннодепрессанта – это всё это обоюдоострый меч. Вероятно даже с кето.
Поделиться:

Дендритные клетки иммунной системы

Дендритные клетки – часть иммунной системы организма. Их сооткрывателем и открывателем ряда их ключевых функций был Ральф Штейнман [1,2], за что в 2011 году он получил Нобелевскую премию. По воле случая получилось так, что доктор Штейнман был единственным, кому Нобелевская премия досталась посмертно (сама по себе премия присуждается живым людям). Казус заключался в том, что смерть господина Штейнмана и объявление о присуждении ему премии произошли в один день (в пятницу), но о смерти было объявлено только в понедельник. Комитет Нобелевской премии решил, что технически на момент объявления победителя доктор Штейнман был жив, и ситуацию не стали «переигрывать».

Дендритные клетки (Dendritic cells, DCs) получили свое название за внешнюю схожесть с дендритами нейронов. Они являются частью врожденного иммунитета и играют важную роль в активации адаптивного иммунитета.

Цель заметки – раскрыть базовые принципы активации Т-клеток дендритными клетками и познакомить читателя с необходимой терминологией.

Содержание заметки:

  • Врожденная и адаптивная иммунная система;
  • Общие принципы функционирования врожденной иммунной системы;
  • Pathogen-associated molecular patterns (PAMPs) и pattern recognition receptors (PRRs);
    • Небольшой фокус на дендритных клетках и интерфероне I типа.
  • Коротко о разных видах клеток адаптивной иммунной системы;
  • Дендритные клетки и их функции:
    • Antigen presenting cells и активация Т-клеток;
    • MHC-белки и пептидные «сигнатуры» микробов;
    • Разница MHC I и MHC II;
    • Активация дендритных клеток молекулярными паттернами микробов;
    • CCR7 (рецептор хемокина 7) и миграция в дендритных клеток в лимфоузлы;
    • Циркуляция наивных Т-клеток и попадание их в лимфоузлы;
    • Презентация антигена дендритными клетками и принцип «двойного рукопожатия»;
    • Активация, экспансия и деактивация Т-клеток.

Рассказ не хочется ограничивать исключительно нюансами функций DCs. Хочется, чтобы эта информация накладывалась на какую-то базу о работе иммунной системы. При этом попытки охватить все и сразу не будет. Комплиментарная система, подробности создания и работы антигенов, активация B-клеток и многого-много другого в заметке не будет.

Врожденная иммунная система

Innate immune system (врожденный иммунитет) – мгновенно реагирует на заранее определенное и небольшое количество патогенных паттернов;

Adaptive immune system (адаптивный иммунитет) с задержкой реагирует, но на любое антитело. В последствии запоминая антитело, и в последующие разы реактивно на него реагируя.

Основной клеточный состав врожденной иммунной системы:

  • Циркулирующие в крови клетки:
    • Нейтрофилы, фагоцитируют бактерии, но быстро погибают (в течение часа), секретируют цитокины итд;
    • Моноциты, преобразовываются в макрофаги при попадании в ткани;
  • Дозорные клетки (sentinel cells):
    • Маркофаги, фагоцитоз микробов и мертвых клеток (в основном нейтрофилов), секретируют цитокины, несколько месяцев жизни итд;
    • Тучные клетки (mast cells), секретируют цитокины, гистамины итд;
    • Дендритные клетки, запускают антивирусный ответ, активируют Т клетки итд.

Дозорные клетки находятся в тканях и реагируют на микробы после пересечения последними эпителиальных барьеров кожи и кишечника.

Циркулирующие клетки иммунной системы находятся в крови. И при воспалении попадают в нужные ткани.

Примерный порядок активации врожденного иммунитета:

  • Микробы пересекают эпителиальные барьеры;
  • Рецепторы дозорных клеток опознают «непрошенных гостей»;
  • Дозорные клетки секретируют провоспалительные цитокины;
  • Цитокины связывают на рецепторах эндотелия;
  • Что активирует молекулы адгезии внутри сосудов;
  • Различные молекулы адгезии с разной аффинитивностью связываются с соответствующими лигандами на поверхности циркулирующих иммунных клеток:
    • Например, e-selectin связывается с низкой аффинитивностью с лингадом e-selectin на нейтрофилах, что затормаживает их движение;
    • I-CAM связывается с высокой аффинтивностью с LFA-1 белком иммунной клетки, что останавливает иммунную клетку;
  • После полной остановки иммунные клетки просачиваются с воспаленную ткань и начинают все доступными им способами уничтожать микробы;
  • Первыми приходят нейтрофилы, фагоцитируют бактерии и через пару часов погибают сами; За ними приходят моноциты, превращаются в макрофаги и «подъедают» остатки трупов как микробов, так и нейтрофилов.

Остается вопрос: как дозорные клетки врожденного иммунитета опознают микробы?

PAMPs (Pathogen-associated molecular patterns) – паттерны молекулярных патогенов;

PPRs (Pattern recognition receptors) – рецепторы, опознающие паттеры.PAMPs:

  • Вирусные (находятся внутри клетки):
    • ДНК;
    • Односпиральные РНК;
    • Двуспиральные РНК
  • Бактериальные (в большей степени на поверхности клетки):
    • Паттерны Грам-отрицательные паттерны:
      • Липополисахариды (LPS) клеточной стенки;
      • Флагеллины («жгутики» для перемещения);
    • Паттерны Грам-положительных бактерий:
      • Флагеллины;
      • Тейхоивые кислоты;
      • Пептидогликаны

Бактерии уничтожаются при помощи фагоцитоза и разрушения их клеточной стенки.

Цепочка будет такой: бактерия связывается с PPRs на поверхности клетки (так называемые TLRs toll like receptors) → димеризация рецепторов и запуск цепочки внутриклеточных сигналов ˧ деактивация ингибитора Nf-Kb → выраженность транскрипторного фактора Nf-Kb  → клеточные изменения, в частности секреция цитокинов TNFα и IL-1.

Плазмоцитоидные дендритные клетки и антивирусный ответ

С вирусами ситуация чуть интересней, и тут к нам возвращаются дендритные клетки.

Дендритные клетки реагируют на вирусные PAMPs секретированием интерферонов 1 типа. INF type 1 приводят клетки (например, эпителия) в противо-вирусное состояние. Которое заключается в большей подверженности апоптозу зараженными клетками, выраженности белков/ферментов, которые мешают вирусу размножаться и которые могут наносить урон ДНК/РНК вируса.

Сами клетки в противовирусном состоянии также способны секретировать INF type 1.

Дендритные клетки

Необходимые вводные закончились, пора приступить к antigen presenting cells. К антиген презентующим клеткам относятся дендритные клетки, макрофаги и B-клетки.

В дальнейшем речь будет идти о том, как DCs активируют Т-клетки адаптивной иммунной системы.

Т-клетки, MHC I и MHCII

Т клетки своими рецепторами могут воспринимать только пептиды, представленные им на MHC белках антиген презентующих клеток.

MHC II

  • Отвечает за бактерии;
  • Дендритные клетки интернализируют бактерии, уничтожают их в лизосомах, в итоге мы получаем пептидную «сигнатуру» бактерии;
  • MHC с пептидом отправляется к мембране;
  • MHC II связываются с рецепторами CD4+ клеток (T helpers, которые активируют B-клетки и клетки врожденной иммунной системы;
  • MHC II есть у антиген презентующих клеток.

MHC I

  • Отвечает за вирусы (тему опухолей пропустим);
  • Вирусный белок проходит юбиквинацию и становится доступных протеазам;
  • Протеаза «расщепляет» вирусный белок до пептидов;
  • Вирусный пептид с помощью транспортера TAP попадает в эндоплазматический ретикулум, откуда с MHC I комплексом попадает на мембрану;
  • MHC I активирует CD8+ клетки (цитотоксичные T клетки, которые уничтожают зараженные вирусы;
  • MHC I есть у большинства клеток, что объясняется особенностью вирусов.

Дендритные клетки. Активация и миграция в лимфоузлы

Для активации дендритных клеток должно произойти 2 события:

  • MHC белок с пептидом микроба на поверхности клетки (значит он был так или иначе интернализирован и расщеплен до пептидов);
  • PAMP рецепторы дендритных клеток должны быть активированными микробами;

При выполнении двух этих условий дендритные клетки выражают CD80/CD86 (подробнее чуть позже) и CCR7 (хемокин рецептор 7), выраженность которого приводит к тому, что DCs мигрируют в лимфососуды и по ним попадают во вторичные лимфо-органы. В частности, в лифмоузлы, где в межмембранном пространстве встречаются с Т-клетками.

Дендритные клетки активируют Т клетки

Т-лимфоциты путешествуют по крови по попадают с мемфоликулярное пространоство лимфоузлов при помощи кровотока и так называемых High endothelial venules (HEV).

Дело в том, что Т-клеток, аффинитивных определенному антигену, очень немного. Поэтому они путешествуют по организму, заходя ненадолго в лимфоузлы, куда активированные дендритные клетки попадают из тканей.

Для активации Т-клеток должно пройти 2 сигнала:

Сигнал 1. Антиген должен связаться с рецептором Т-клетки (нужна Т клетка с необходимой аффинитивностью рецептора;

Сигнал 2. Костимулирующие молекулы должны соединиться. Это B7-1 (CD80) и B7-2 (СD86) на стороне DCs и CD-28 на стороне Т-клеток.

Сигнал 1 без сигнала 2 приведет к апоптозу или анергии (угасание активной иммунной функции) Т-клетки.

После активация Т клетки проходят clonal expansion, активно делятся, их становятся десятки тысяч в случае с CD4+ и даже сотни тысяч в случае CD8+. Плюс Т-клетки после активации приобретают некоторые полезные фукнции.

Я опущу вопрос активации B-клеток Т-клетками, вопрос более глубокой функции T helpers и T killers. Остановлюсь только на активации Т клеток. В ткани они попадают примерно также, как циркулирующие в кроки клетки врожденной иммунной системы (см выше).

дендритные клетки

Деактивация Т-клеток

Любое воспаление (особенно цитотоксичное) чревато последствиями для организма. И этот процесс на уметь «тормозить».

В лимфоузлах это за это отвечает белок CTLA4 на Т-клетках, который связывается вместо CD28 с B7-1/B7-2. Это приводит к тому, что во время активации у нас будет только сигнал 1 и Т клетка будет неактивной.

Ткани (и опухоли) выражают PD-1 лиганд (PD-1, programmed death), который связывается с PD-1 белком Т-клеток, что приводит к их exhaustion (истощению), то есть деактивации.

Моноклональные антитела, подавляющие функции CTLA-4 и PD-1, одно из последних слов в борьбе с раковыми заболеваниями.

Выводы:

  • Дендритные клетки активируются двумя сигналами:
    • MHC белком на мембране, на котором будет пептидный антиген;
    • PAMPs микробов связывается с рецепторами DCs;
  • Активированные дендритные клетки выражают CCR7, что позволяет им мигрировать через лимфо-сосуды в лимфоузлы и «искать» в междфоликулярном пространстве нужную Т-клетку;
  • Активация Т-клеток включает в себя 2 сигнала:
    • Сигнал 1 MHC с пептидом (антигеном) связываются с нужным TCR (T cell receptor);
    • Сигнал 2, костимуляция CD86/CD80 DCs с CD28 Т-клеток;
  • При наличии только сигнала 1 Т-клетки подвергаются апоптозу или анергии;
  • После активации начинается экспансия и дифференциация Т-клеток, которая является одним из компонентов ответа иммунной системы.

Источники:

  1. The road to the discovery of dendritic cells, a tribute to Ralph Steinman;
  2. Ralph Steinman (1943–2011). Immunologist and cheerleader for dendritic-cell biology;
  3. Торможение лейкоцитов молекулами адгезии [видео];

P.S. Это было писать скучно, в виду пересказа без моего вклада, но необходимо для ряда последующих заметок.

Словарь по итогам заметки:

  • Врожденная иммунная система:
    • Дозорные клетки (тучные, макрофаги, дендритные – это только основные, есть и другие);
    • Циркулирующие клетки (моноциты, нейтрофилы);
    • Также врожденная иммунная система включает в себя барьеры (эпителий, муцин), белки и молекулы (комплименты, агглутинины);
  • Адаптивная иммунная система: B-клетки, T-помощники, цитотоксичные Т-клетки;
  • Дендритные клетки:
    • MHC I,
    • MHC II
    • CCR7
    • B7-1 (CD80)
    • B7-2 (CD86)
  • Т-клетки:
    • CD28
    • CTLA4
    • PD-1
  • Клональная селекция;
  • Клональная экспансия
  • Антиген-презентующие клетки (DCs, макрофаги, B-клетки);
  • Анергия
Поделиться: