Immunity：细胞玩“分子轮盘”来决定身体如何对抗疾病

　　

   

   

图:B细胞(石灰绿色)产生抗体(黑色)。研究人员发现B细胞使用随机化过程产生抗体。来源:WEHI。

一项关于细胞如何产生抗体的新发现揭示了人体免疫系统防御感染和疾病的惊人随机方式。

这项由澳大利亚墨尔本WEHI的研究人员领导的研究表明，负责制造抗体蛋白质的细胞使用一种随机过程来决定制造哪种类型的抗体，科学家将这种行为称为“分子轮盘赌”。

研究人员利用这一关键见解创建了一个公式来预测这一分配过程，这在理解为什么有些人在生物学上容易患上哮喘、自身免疫疾病和感染等疾病方面迈出了重要一步。
 

摘要

• 研究表明，B细胞在决定产生哪种类型的抗体时使用了随机化过程。抗体保护身体免受病原体和病毒的侵害。

• wehi领导的这项发现揭示了第一个可以预测将产生的抗体的类型和数量的数学模型。

• 这一里程碑式的发现可能导致未来的研究，可以防止这一过程被打断而导致疾病，同时使该领域显著接近于使用量化数据来绘制免疫系统的行为。

抗体是由免疫细胞产生的，通过提醒免疫系统外来入侵者，如病原体和病毒，保护我们的身体免受疾病的侵袭。

B细胞是一种免疫细胞(也被称为B淋巴细胞)，它产生五种不同类型的抗体，每一种抗体都是针对特定的细菌(包括细菌和寄生虫)保护身体。

首席研究员菲尔·霍奇金教授说，虽然理解细胞如何使用随机过程来做决定是他工作的基石，但发现B细胞在选择抗体时使用类似的系统是令人惊讶的。

“我们的B细胞不是像以前认为的那样指示每个细胞做什么，而是在幕后有效地经营着一个小赌场，”WEHI免疫学主任霍奇金教授说。

“这些免疫细胞最终是在玩分子轮盘赌，将一定数量的细胞分配给每种抗体类别，因此通过机会游戏触发不同的结果。

“我们早就知道B细胞使用随机基因洗牌过程来制造单个抗体，但发现这些细胞部署一个通用系统来选择整个抗体类别是该领域的一个里程碑式发现。

“这一发现在理解这些不同的概率如何影响个体患某些疾病的可能性方面向前迈出了重要一步，同时也拓宽了我们对细胞在分子水平上行为的理解。”

wehi领导的这项研究，与墨尔本大学和爱尔兰国立大学汉密尔顿研究所合作，发表在免疫力。
 

至关重要的预测  

利用国际同行的数学专业知识和WEHI的单细胞技术，该团队创建了一个公式，以更好地理解B细胞分配过程。这个公式是基于研究人员的感染模型中定义明确的分子子集。

第一作者迈尔斯·霍顿博士说，该模型首次使该领域最接近于准确预测a B细胞会产生哪种类型的抗体，抗体何时会产生，以及细胞是否会选择产生一种特定的抗体而不是另一种。

他说:“这是至关重要的，因为我们知道，如果这个分配过程出错，如果产生了错误类型的抗体，就会引发某些自身免疫疾病和感染。”

“我们的精确公式是理解一个人的分子轮盘赌桌(或基因变异)如何影响他们患上某些疾病的预定可能性的关键起点，比如哮喘——一种源自特定抗体类别的疾病。”

通过这项研究，研究小组希望开始探索如何在未来操纵免疫系统以获得治疗效益，以防止分配过程出错。

霍顿博士说:“我们的最终目标是从对免疫系统行为的定性描述到定量描述，而这一发现使我们离实现这一目标又近了一大步。”

这项研究得到了国家卫生和医学研究委员会(NHMRC)、欧盟地平线项目和爱尔兰科学基金会的支持。

文章标题

Lineage tracing reveals B cell antibody class switching is stochastic, cell-autonomous, and tuneable