Las células T son como las fuerzas de operaciones especiales del sistema inmune, detectando y matando las células infectadas. Cuando se detecta una nueva amenaza, las células aumentan de unas pocas células centinelas a un pelotón completo. Pero, ¿cómo funciona el sistema inmunitario?¿la cantidad correcta de células T, cuando varían las poblaciones iniciales de células T?
Ahora, un equipo de Princeton ha proporcionado información sobre esta cuestión utilizando modelos matemáticos. El equipo descubrió que los factores más importantes en la forma en que las células T se expanden fueron la cantidad inicial de agente infeccioso y la afinidad de las células por ese agente. La investigación,que podría ayudar a optimizar las estrategias de vacunación, se publicó en línea la semana pasada en la revista Actas de la Academia Nacional de Ciencias .
El equipo de Princeton quedó intrigado por esta pregunta después de un estudio reciente de otro equipo Quiel, et al . Descubrió que este aumento sigue un patrón predecible: si el número inicial de células T es pequeño, el aumento es grande, pero si el número inicial de células T es grande, el aumento es pequeño.Esta relación sigue una "ley de potencia" matemática, que establece que la cantidad de expansión de las células T depende inversamente de la potencia del número inicial de células T.
"El significado de esta relación observada es que a pesar de que el sistema inmunitario es muy complicado y tiene todo tipo de mecanismos de retroalimentación, se ve un tipo de regularidad, lo que significa que es probable que haya algún tipo de mecanismo subyacente simple en funcionamiento".dijo Ned Wingreen, profesor de Howard A. Prior en Ciencias de la Vida, profesor de biología molecular y del Instituto Lewis-Sigler de Genómica Integrativa, y autor principal del estudio. "Ya sea que comience con 50 o 50,000 células, el proceso queestá gobernando su amplificación es la misma "
El resultado de esta relación es que, ya sea que haya pocas o muchas células T para comenzar, el número final listo para combatir la infección no es ni demasiado grande ni demasiado pequeño. Esto tiene sentido para el organismo que lucha contra la infección, pero el PrincetonEl equipo se preguntó qué está sucediendo en el sistema inmunitario para hacer posible este aumento selectivo.
Primer autor Andreas Mayer, investigador asociado en el Instituto Lewis-Sigler de Genómica Integrativa de Princeton, y el equipo usó modelos matemáticos para explorar cómo responden las células T cuando ocurre una infección.
Las células T están salpicadas de receptores capaces de detectar fragmentos de agentes infecciosos, conocidos como antígenos, en la superficie de las células infectadas. Cuando los receptores de células T se adhieren a los antígenos en la superficie de estas células, las células T son estimuladas a clonarseellos mismos para hacer un ejército de lucha contra infecciones.
Al principio de una nueva infección, las células presentadoras de antígeno muestran muchos antígenos en sus superficies, pero esta presentación disminuye con el tiempo, especialmente si el sistema inmunitario combate con éxito la infección.
El equipo descubrió que estos niveles menguantes de antígeno proporcionan un mecanismo simple que puede explicar la relación poder-ley.
La idea es que las células T se amplifiquen a su velocidad máxima hasta que el número decreciente de antígenos signifique que las células T ya no pueden encontrar antígenos.
"Si comienza con un número bajo de células T, puede expandirse por más tiempo hasta alcanzar el nivel decreciente de antígenos", dijo Mayer. "Pero si comienza con un número mayor de células T, entonces relativamenterápidamente te quedas sin antígenos ". Las células T que no pueden encontrar antígenos eventualmente dejan de dividirse.
Esta relación tiene sentido evolutivo, dijo Wingreen, porque cuando la infección desaparece, las células T dejan de expandirse, evitando que el sistema inmune se vuelva hiperactivo.
El equipo también analizó otra faceta de la relación entre las células T y las células presentadoras de antígeno: qué tan fuertemente interactúan las dos. Su modelo predijo que las células que se adhieren fuertemente al antígeno proliferarán por más tiempo: cuanto mayor sea la afinidad por el antígeno, cuanto mayor es el número final de células. Los investigadores pudieron verificar esta predicción volviendo a analizar los datos de otro estudio publicado anteriormente Zehn, et al ..
"Estamos particularmente entusiasmados de que nuestro modelo pueda explicar múltiples leyes fenomenológicas de cómo se expanden las células T", dijo Mayer. "Cuando comenzamos, no esperábamos un mecanismo tan simple para explicar tantas observaciones dispares".
Estas relaciones sugieren lecciones para los desarrolladores de vacunas, dijo Wingreen. Las vacunas implican el uso de antígenos para estimular la producción de células del sistema inmune. Los modelos matemáticos pueden ayudar a los investigadores a determinar cuánto antígeno se necesita para lograr una respuesta inmune óptima.
El estudio, "Regulación de la expansión de las células T por la dinámica de presentación del antígeno", por Andreas Mayer, Yaojun Zhang, investigador asociado de física en el Centro Princeton de Ciencia Teórica, Alan S. Perelson del Laboratorio Nacional de Los Alamos y NedS. Wingreen, fue publicado en línea el 8 de marzo de 2019, en la revista Actas de la Academia Nacional de Ciencias .
Este trabajo fue apoyado por la National Science Foundation a través del Centro Princeton para la Física de la Función Biológica, los Institutos Nacionales de Salud, la Fundación Gordon y Betty Moore y el Departamento de Energía de los EE. UU.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Princeton . Original escrito por Catherine Zandonella. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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