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Decifrato il linguaggio dei linfociti T, la stele di Rosetta del sistema immunitario

25 gennaio 2015 Nessun commento  

Come può il nostro sistema immunitario difenderci da aggressori così diversi tra loro come virus, parassiti, funghi e tumori? Il segreto sta nel grande numero di cloni di linfociti T e B, ciascuno dei quali esprime un particolare recettore specifico. Fino a pochi anni fa, decifrare la complessità di questo immenso repertorio era considerata un’operazione impossibile.

L’analisi della specificità e funzione dei linfociti T combinata con i nuovi strumenti di sequenziamento del DNA di nuova generazione rappresentano una stele di Rosetta moderna che permette di decifrare la risposta immunitaria dell’uomo contro patogeni e vaccini.

Mancava una “stele di Rosetta”, ovvero una chiave di decodifica per “tradurre” e capire questo “linguaggio” in tutta la sua complessità. Oggi, grazie allo sviluppo di strumenti di sequenziamento del DNA di nuova generazione (next generation sequencing, NGS) è possibile ottenere rapidamente milioni di sequenze che rappresentano la carta d’identità dei linfociti T. Ma come si può risalire da questi dati alla specificità dei singoli cloni di linfociti e come possiamo capire la loro funzione?

La scoperta

A questa domanda ha dato risposta uno studio pubblicato sulla prestigiosa rivista Science e condotto da un gruppo di ricercatori diretti da Federica Sallusto dell’Istituto di Ricerca in Biomedicina di Bellinzona (Università della Svizzera Italiana). Lo studio descrive un nuovo approccio che permette di decifrare il linguaggio dei linfociti T, le cellule del sistema immunitario che ci proteggono da patogeni e tumori. Combinando metodiche di next generation sequencing con la stimolazione in vitro e l’analisi delle cellule specifiche, i ricercatori sono riusciti, per la prima volta, a stabilire un catalogo completo della risposta immunitaria a patogeni e vaccini. In particolare hanno catalogato tutti i cloni che rispondono a un particolare microrganismo, determinandone la specificità e le proprietà funzionali, ad esempio la capacità di produrre mediatori dell’infiammazione (citochine) o di migrare in diversi tessuti.

I risultati delle ricerche sono sorprendenti sotto diversi punti di vista. Innanzitutto, il repertorio di linfociti T specifici è molto vasto e comprende migliaia di cloni, ciascuno caratterizzato da un diverso recettore. Un secondo risultato, del tutto inaspettato, è che all’interno dello stesso clone le cellule possono specializzarsi a svolgere diverse funzioni e a migrare in diversi tessuti.

La risposta immunitaria dell’uomo contro patogeni e vaccini comprende migliaia di cloni di linfociti T di diversa grandezza, ciascuno con una propria carta d’identità, che può essere “decifrata” combinando l’analisi della specificità e funzione con i nuovi strumenti di sequenziamento del DNA di nuova generazione.

Secondo Federica Sallusto, “usando questo nuovo approccio possiamo decifrare rapidamente il linguaggio dei linfociti T, cioè la loro identità, specificità e funzione, e possiamo farlo per le migliaia di cloni che mediano la risposta immunitaria a batteri e vaccini. In questo modo abbiamo scoperto che quando un linfocita T riconosce un patogeno e prolifera per debellarlo, le cellule figlie possono andare incontro a destini diversi, ad esempio acquisire la capacità di produrre diversi tipi di citochine o di migrare in diversi tessuti dell’organismo. Questa estrema flessibilità dei linfociti T umani rappresenta un elemento nuovo che spiega come il sistema immunitario sia in grado di reagire agli attacchi con differenti armi e su più fronti”.

La ricerca è stata sostenuta dal Fondo Nazionale Svizzero, dal Consiglio europeo per la ricerca scientifica (ERC), e dalla Comunità Europea.

L’Istituto di Ricerca in Biomedicina di Bellinzona

L’Istituto di Ricerca in Biomedicina (IRB), fondato nel 2000 a Bellinzona, è stato affiliato all’Università della Svizzera italiana (USI) nel 2010. Finanziato da istituzioni private e pubbliche e da finanziamenti a concorso, attualmente l’IRB conta nove gruppi di ricerca e 90 100 ricercatori. La ricerca è focalizzata sulle difese dell’organismo umano contro le infezioni, i tumori e le malattie degenerative. Con oltre 370 410 pubblicazioni nelle principali riviste scientifiche, l’IRB rappresenta un centro di eccellenza per l’immunologia. www.irb.usi.ch

Dati dell’articolo

Becattini, S., D. Latorre, F. Mele, M. Foglierini, C. De Gregorio, A. Cassotta, B. Fernandez, S. Kelderman, T.N. Schumacher, D. Corti, A. Lanzavecchia, and F. Sallusto. 2014. Functional heterogeneity of human memory CD4+ T cell clones primed by pathogens or vaccines. Science. 1260668. doi:10.1126/science.1260668.

Fonte: IRB.usi.ch
Elaborazione grafica: Antonino Cassotta e Mathilde Foglierini.

I batteri possiedono un sistema immunitario acquisito

24 ottobre 2010 1 commento  
Si tratta probabilmente di una delle scoperte più importanti degli ultimi dieci anni, nell’ambito della biologia molecolare.

Un nuovo studio della Rice University ha determinato un modello matematico per descrivere un sistema di immunità acquisita all’interno di batteri, capace di contrastare l’infezione di batteriofagi.

I batteriofagi sono virus che attaccano specificatamente i batteri, il loro meccanismo d’azione si basa sull’iniezione del loro genoma all’interno dell’ospite, allo scopo di riprodursi sfruttando il suo macchinario molecolare. Sembra che i batteri, però, abbiano sviluppato un sistema per immunizzarsi da alcune di queste potenziali minacce.

Ipotetico meccanismo d'azione di CRISPR

La ricerca si è concentrata sulla regione CRISPR (“clustered regularly interspaced short palindromic repeats”) del DNA batterico. Essa è composta da due tipi di sequenze: la prima, che da il nome alla regione e che inizialmente aveva catalizzato l’interesse scientifico, contiene brevi ripetizioni; nella seconda, inizialmente identificata come DNA spaziatore fra le ripetizioni, sono contenute sequenze genetiche specifiche dei fagi.

Quando una sequenza di un fago si trova nella regione CRISPR, il batterio è immunizzato dall’infezione di quel fago, in quanto diviene in grado di riconoscere e degradare il genoma virale, in maniera analoga al processo di RNA interference (RNAi) degli organismi eucariotici.

“Da una prospettiva puramente scientifica, questa ricerca ci insegna cose che non si sarebbe nemmeno potuto immaginare solo pochi anni fa, ma c’è anche un interesse applicativo in questo lavoro”, afferma Micheal Deem, professore di Biochimica, Ingegneria Genetica, Fisica e Astronomia alla Rice University.

In sostanza, la CRISPR agisce immagazzinando un insieme di frammenti dei genomi di quei virus che attaccano il batterio, immagazzinamento che avviene mediante opportuni complessi proteici che agiscono una volta entrati a contatto con materiale genetico esogeno. Quindi essa risulta essere ereditabile, quando il batterio si divide, ma anche programmabile durante la vita dell’organismo. Il CRISPR può contenere da trenta a cinquanta diversi frammenti, che implicano la resistenza nei confronti di altrettanti tipi di fago.

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Categorie:Biologia

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