חוקרים משיגים הבנה חדשה כיצד תאי מערכת החיסון מגיבים לחום בזמן חום

מחקר מגלה כי טמפרטורות חום מתונות (39 מעלות צלזיוס) משפרות את חילוף החומרים, התפשטות ותפקוד האפקטור של תאי CD4 T תוך הפחתת דיכוי תאי T מווסתים.

במחקר שפורסם לאחרונה ב אימונולוגיה מדעחוקרים חקרו את ההשפעות של חום, במיוחד בזמן חום, על תאי מערכת החיסון.

רֶקַע

במהלך מחלה, הגוף מפתח לעיתים קרובות חום, המעיד על דלקת ועל הגנת הגוף מפני פתוגנים. לתאי T תפקיד מכריע בהגנה על בני אדם מפני זיהומים ומחלות. תאים אלה משתמשים במסלול מטבולי מובהק כדי לבצע את תפקידיהם בהצלחה. עם זאת, השפעת החום על תאי מערכת החיסון אינה ברורה.

טמפרטורת הגוף עשויה להשתנות לאורך התגובות האימונולוגיות. במחלות דלקתיות כרוניות כמו דלקת מפרקים שגרונית, תאי T יכולים להסתגל לטמפרטורות גבוהות יותר, וכתוצאה מכך לתגובת הלם חום. הטמפרטורה משפיעה באופן שונה על תאי T בהתאם לקבוצת המשנה. מחקרים מדווחים כי טמפרטורות גבוהות יכולות להגביר את היעילות של תאי T helper 1 (Th1), Th2 ו-Th17 ולשפר את הפעילות של תאי T ציטוטוקסיים המבטאים אשכול התמיינות 8 (CD8).

לגבי המחקר

במחקר הנוכחי, החוקרים חקרו את ההשפעה של טמפרטורת גוף מוגברת על חילוף החומרים והתפקוד של תאי T.

חוקרים תרביתו תאי עוזר T (מבטא CD4) ב-37 מעלות צלזיוס או 39 מעלות צלזיוס כדי לבחון שינויים בתאי T שנגרמו על ידי עליית טמפרטורה. ביטוי Ki67 בטחול ובלוטות הלימפה המזנטריות הצביע על התפשטות תאי T, בעוד שרמות אינטרפרון-גמא הצביעו על תפקודם. חלבון קינאז B (Akt) מזרחן-יעד יונק של רכיבי מסלול ה-rapamycin C1 (mTORC1) ייצג את חילוף החומרים של תאי T. מבחני אימונוסורבנט מקושרים לאנזימים (ELISA) מדדו ביטוי ציטוקינים.

הצוות בחן שינויים בגליקוליזה ובנשימה בתת-קבוצות של תאי T בטמפרטורות גבוהות. חומצה חוץ-תאית (ECAR) הצביעה על שינויים בגליקוליזה, בעוד ששיעורי צריכת חמצן בסיסית ומקסימלית (OCRs) ויכולת נשימה פנויה (SRC) העריכו שינויים בדרכי הנשימה. החוקרים בחנו גם שינויים במתחם שרשרת הובלת אלקטרונים המיטוכונדריאלי 1 (ETC1).

רמות חמצן תגובתיות במיטוכונדריה (mitoROS) הצביעו על מתח ונזק חמצוני. ייצור סופראוקסיד וזרחון H2AX הצביעו על נזק של חומצה דאוקסיריבונוקלאית (DNA). תאי Th17 ותאי T רגולטוריים גודלו עם מעכבים מטבוליים כדי לקבוע את הסתמכותם על גלוטמינוליזה וגליקוליזה.

חוקרים השתמשו במבחנה בהקרנת CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) בין תאי Th1 כדי לקבוע את הבסיס המולקולרי של מוות תאי. הם חילצו תאי T מסוג פרא ו-Trp53^−/− עכברים וטיפחו אותם ב-37° ו-39°C כדי להעריך את הכדאיות שלהם. החוקרים ערכו מחקרי ביטוי גנים בעכברים עם מחלת מעי דלקתית (IBD) כדי לחקור האם דלקת in vivo יצרה תגובות מתח דומות כמתאמים תפקודיים.

תאי T שהועברו באמצעות ספריות CRISPR עברו העברה מאמצת לתוך Rag1^−/− מארחים עם IBD. חוקרים השתמשו במערך נתונים של רצף חומצה ריבונוקלאית חד-תאית (scRNA-seq) מחולי מחלת קרוהן ודלקת מפרקים שגרונית כדי לחשוף קשרים שעשויים להצביע על שונות בטמפרטורה בדלקת בבני אדם.

תוצאות

כאשר טמפרטורת הגוף עולה ל-39 מעלות צלזיוס (חום בינוני), תאי T עוזרי עכברים מופעלים. בטמפרטורות גבוהות בנסיבות דלקתיות, תאי T עוזרים משתמשים יותר באנרגיה (מטבוליזם) כדי להתרבות מהר יותר ולעבוד קשה יותר כדי להילחם בדלקת. לעומת זאת, טמפרטורות גבוהות יותר מפחיתות את היעילות של תאי T מווסתים בהגבלת הצמיחה של תאי T ציטוטוקסיים.

החום משפיע על ETC1 ומגביר את הלחץ החמצוני במיטוכונדריה, או ברכיבים מייצרי אנרגיה של תא. זה מוריד את כדאיות התא ופוגע ב-DNA. הלחץ המוגבר והנזק ל-DNA גורמים לאפופטוזיס או למוות של תאים מתוכנת. במצב זה, מספר תאי Th1 של עכברים ואנושיים, סוג של תאי T עוזר, מושמדים.

חלק מתאי TH1 יכולים להסתגל לחום על ידי הרחבת המיטוכונדריה שלהם. הם גם מגבירים את יכולתם לתקן נזקי DNA, החומר הגנטי המווסת את פעילות התא. יכולת הסתגלות זו מאפשרת להם להישאר בריאים ולתפקד טוב יותר בטמפרטורות גבוהות. תאי Th1 שהשתנו מפעילים גנים של אינטרפרון ו-p53. החלבון p53 מתקן את ה-DNA ותורם לשלמות הגנומית. גנים של אינטרפרון משפרים את תפקוד המשפיעים של תאי T, או את היכולת להילחם בזיהומים.

התלות המוגברת בגליקוליזה בקרב תאי T מווסתים וגלוטאמינוליזה בקרב תאי Th17 מצביעות על הסתגלות מטבולית לטמפרטורות גבוהות. תאי Th17 ייצרו יותר אינטרלוקין-17A בטמפרטורה הגבוהה יותר. החוקרים מצאו נזק ומתח דומים בתאי TH1 בקרב אנשים עם דלקת כרונית. הממצאים הראו כי השפעות החום על תאי מערכת החיסון אינן מוגבלות לעכברים אלא מתרחשות גם בבני אדם.

מַסְקָנָה

ממצאי המחקר הראו כי חום קל עלול להפעיל השפעות מועילות ושליליות על תאי החיסון. טמפרטורות גבוהות מגבירות את פעילות האינטרפרון בתאי T עוזרים כדי לשפר את פעילותם תוך פגיעה בתאי T מווסתים באמצעות מתח מיטוכונדריאלי ונזק ל-DNA. בעוד שתאי Th1 רבים מתים, חלקם יכולים להסתגל לטמפרטורות גבוהות על ידי הגדלת מסת המיטוכונדריה ותיקון DNA בתיווך p53 לתפקוד סדיר. הבנת ההשפעות של טמפרטורות גבוהות על תאי T יכולה לעזור למדענים לפתח טיפולים יעילים יותר לזיהומים וחום.