Comment les cellules immunitaires éliminent les antigènes des surfaces pour apprendre et se développer

La plupart des cellules évoluent lentement, accumulant des changements progressifs mieux adaptés à leur environnement. Les cellules immunitaires, parce qu’elles doivent s’adapter rapidement pour faire face à de nouvelles menaces, se développent beaucoup plus rapidement. Une partie de cela, disent les physiciens de l’UCLA, dépend de leur capacité à extraire de force des antigènes de la surface d’autres cellules et à les « étudier ».

En utilisant ce type de force mécanique, les cellules B du système immunitaire, qui créent des anticorps qui combattent les agents pathogènes nocifs tels que les virus, les bactéries et les parasites en ciblant leurs antigènes, sont capables de mieux mesurer les propriétés d’antigènes spécifiques et de comparer les types de cellules entre eux. la population de cellules B. Chaque antigène y répond plus efficacement, produisant plus de ces cellules.

a déclaré Shenxin Wang, professeur adjoint de physique et d’astronomie et auteur correspondant de l’article.

« Nous avons montré que les cellules immunitaires en évolution rapide utilisent le sens du toucher, grâce à l’application de forces d’attraction énergétiques, pour reconnaître leurs cibles antigéniques et s’ordonner », a déclaré Wang. « Une telle détection somatique active permet au répertoire des cellules immunitaires de répondre efficacement aux défis actuels tout en étant flexible et adaptable aux menaces futures. »

Le sens et la réponse des cellules aux forces physiques externes sont depuis longtemps la pierre angulaire de la biologie. Mais le fait de savoir qu’ils génèrent leurs propres forces physiques pour susciter des signaux récents a des conséquences évolutives jusqu’ici inexplorées. Wang a déclaré que les résultats pourraient aider les scientifiques à apprendre à diriger le développement du système immunitaire en concevant une série de vaccins pour l’aider à apprendre à reconnaître et à coder les caractéristiques les plus importantes de différents antigènes. Un système immunitaire ainsi réglé peut, par exemple, reconnaître et neutraliser beaucoup plus rapidement un virus qu’il n’a jamais vu auparavant.

La recherche a été publiée dans deux articles dans deux revues. dans Actes de l’Académie nationale des sciencesWang et le co-auteur Hongda Jiang, doctorant en physique à l’UCLA, décrivent comment les cellules B extraient les antigènes des cellules présentatrices d’antigènes auxquelles elles se lient, générant un stress mécanique qui se propage à travers les surfaces des cellules connectées et modifie la distribution d’énergie dans la région. Les points où les cellules se touchent.

Wang et Jiang notent que même lorsque les tentatives des lymphocytes B pour extraire l’antigène d’une cellule présentatrice d’antigène très rigoureuse échouent, le processus favorise toujours l’apprentissage des lymphocytes B. Plus important encore, la déformation de la structure reliée par une force mécanique augmente le temps pendant lequel les cellules immunitaires peuvent «se souvenir» de ce qu’elles ont appris et élargit la gamme d’antigènes qu’elles peuvent détecter. Et si les nuages ​​deviennent plus forts avec le temps, la plage de détection s’étend de façon exponentielle.

Dans une recherche acceptée pour publication dans le Open Access Journal X examen physiqueWang et Jiang abordent le dilemme des cellules immunitaires : comment le pool limité de cellules immunitaires du corps parvient à un équilibre entre une réponse suffisamment agressive aux antigènes qu’il a déjà rencontrés tout en étant capable de reconnaître des agents pathogènes qu’il n’a jamais vus auparavant. La nouvelle recherche montre que le développement mécaniste des cellules B, entraîné par la force, améliore la diversité de la mémoire, donnant à l’immunité naturelle un plus grand potentiel adaptatif en équilibrant la puissance de réponse aux antigènes avec une couverture étendue.

En ouvrant une variété de voies biophysiques pour améliorer la capacité à reconnaître l’antigène, ce processus actif donne à l’immunité naturelle du corps plus de moyens de s’adapter aux nouvelles mutations et aux futures variantes. Les auteurs écrivent que le processus fonctionne en conjonction avec la détection biomécanique et les signaux biochimiques pour produire des systèmes immunitaires agiles capables d’évoluer rapidement pour faire face à de nouveaux défis.

« Nous proposons un nouveau paradigme de reconnaissance biologique par acquisition physique de stimuli, qui pourrait compléter les connaissances actuelles axées sur les signaux biochimiques », a déclaré Wang. « En même temps, cela fournit un nouvel angle pour comprendre l’adaptation biologique à la lumière des influences physiques sur le développement. Nos découvertes ont de larges implications pour comprendre l’apprentissage biologique et pour la direction physique de l’évolution adaptative en général, et la réponse immunitaire en particulier.  »