Эффективность работы иммунной системы контролируется в том числе циркадными часами
Авторы работы, опубликованной в Science Immunology, установили, что иммунный ответ на бактериальную инфекцию зависит в том числе от циркадных ритмов. Ключевую роль в нем играют нейтрофилы, однако регуляция их циркадных часов изучена недостаточно.
Эксперименты проводили на мальках Danio rerio. Основной целью изучения стал белок period2 (Per2), важность которого для работы циркадных часов подтверждена, но роль еще не была установлена однозначно. Ранее авторы убедились, что двухдневные мальки лучше выживают при инфекции, если заражаются в светлое (четыре часа после включения света в 24-часовом цикле, ZT4), а не в темное (ZT16) время суток. Учитывая, что экспрессия Per2 достигает пика именно на ZT4 и минимума на ZT16, авторы предположили, что этот светочувствительный ген может служить связующим звеном между светом и иммунной реакцией.
Чтобы это проверить, они получили нокаутных (по per2) рыбок, а затем выращивали их или рыбок дикого типа в разных условиях освещенности. Вариантов было четыре: нормальное чередование светлой и темной фазы, их обратное соотношение, а также постоянная освещенность или постоянная темнота. Мальков заражали сальмонеллой, экспрессирующей GFP, а затем оценивали ее распространение по организму и выживаемость рыбок. Оказалось, что нокаут per2 значительно снижал выживаемость при заражении в световую фазу, тогда как заражение в темноте было ассоциировано с худшей выживаемостью в целом.
Нокаут Per2 ослаблял способность нейтрофилов уничтожать бактерии — этот процесс отслеживали количественно при помощи конфокальной микроскопии в реальном времени — а также снижал продукцию активных форм кислорода. Опыты с пересадкой нейтрофилов от рыб дикого типа к нокаутным показали, что для бактерицидной активности важна именно функция Per2 в нейтрофилах.
Поскольку Per2 служит регулятором транскрипции, авторы подробнее изучили транскриптомы нейтрофилов с нокаутом этого белка — как в норме, так и после инфицирования рыбок сальмонеллой. Среди генов, экспрессия которых при нокауте per2 снижалась сильнее всего, ученые обнаружили hmgb1a — хорошо известный регулятор ответа на инфекцию. Дальнейший анализ показал, что Per2 усиливает бактерицидную функцию нейтрофилов за счет активации hmgb1a, который, в свою очередь, позволяет этим иммунным клеткам реагировать на инфекцию.
Далее ученые проанализировали влияние света на экспрессию per2 в нейтрофилах и их бактерицидную активность. В условиях постоянной освещенности уровень Per2 в нейтрофилах был повышен в 2,9 раза по сравнению с контролем. При этом экспрессия hmgb1a оставалась неизменной в норме, но возрастала в ответ на бактериальную инфекцию, причем повышение уровня положительно коррелировало с количеством Per2. Кроме того, рыбки с повышенной экспрессией Per2, ассоциированной с постоянным освещением, были лучше защищены от инфекции сальмонеллой. Их выживаемость возрастала на 18,9%.
Таким образом, авторы работы описали механизмы, по которым возможно регулирование иммунного ответа в зависимости от времени суток. Впрочем, они отмечают, что точный механизм, посредством которого экспрессия hmgb1a в нейтрофилах способствует выработке активных форм кислорода и бактерицидной активности, еще предстоит выяснить.