Hoe de natuurlijke verdedigingskracht in ons immuunsysteem schadelijke indringers aanvalt en vernietigt, zoals met virus geïnfecteerde en kankercellen, is in microscopisch detail gevisualiseerd door wetenschappers van UCL, Birkbeck, Universiteit van Londen, Peter MacCallum Cancer Center en Monash University, Australië.

Het onderzoek, vandaag gepubliceerd in Natuur Nanotechnologie , verdiept het begrip van de cruciale rol van het eiwit 'perforine' in een functionerend immuunsysteem, brengt ons een stap dichter bij nieuwe therapieën met het potentieel om de impact ervan te versterken of te remmen wanneer dat nodig is.

Professor Bart Hoogenboom (UCL Physics &Astronomy en London Centre for Nanotechnology) en Professor Helen Saibil (Birkbeck, University of London) gebruikte atoomkrachtmicroscopie en elektronenmicroscopie om precies te onthullen hoe een subset van witte bloedcellen, genaamd cytotoxische lymfocyten (of Killer T-cellen), tonen opmerkelijke efficiëntie bij het eerst perforeren van hun slachtoffers en vervolgens het injecteren van giftige enzymen om het lichaam van ziekte te bevrijden.

Met behulp van een vorm van microscopische CCTV, er werd aangetoond hoe perforine zich bindt aan het beschermende membraan dat schadelijke cellen omgeeft. Professor Hoogenboom zei:"Ons immuunsysteem moet gaten boren in met virus geïnfecteerde en kankercellen om ze kwijt te raken. maar kan dergelijke boren niet in een bouwmarkt kopen. We hebben nu laten zien hoe het deze boren zelf assembleert ter plaatse door meerdere perforine-moleculen samen te voegen in ringachtige structuren, kleine gaatjes achterlatend - slechts tientallen nanometers in diameter."

Universitair hoofddocent Ilia Voskoboinik, een leidende co-auteur (Peter MacCallum Cancer Center), zei:"Om met virus geïnfecteerde of kankercellen te doden, perforin moet snel en efficiënt zijn. Onze experimenten in Melbourne laten zien dat patiënten die geboren worden met een verminderde perforine mogelijk een fatale uitval van het immuunsysteem hebben en ook een hoger risico lopen op het ontwikkelen van bloedkanker.

"Dit kwam volledig overeen met de microscopische gegevens die in Londen werden verkregen, waaruit blijkt dat de effectiviteit van perforine sterk wordt belemmerd, zelfs als slechts een klein aantal van de perforine-moleculen abnormaal is. Dit nieuwe begrip brengt ons een stap dichter bij gerichte therapieën die de perforine-producerende kracht van het lichaam kunnen versterken om ziekten af ​​te weren. We kunnen ook de functie ervan remmen om de afstoting van orgaantransplantaties te voorkomen, wanneer het accepteren van vreemd weefsel of cellen in plaats daarvan levensreddend kan zijn."

Perforin in actie filmen, de wetenschappers gebruikten atoomkrachtmicroscopie in het laboratorium van professor Hoogenboom in het London Centre for Nanotechnology aan de UCL. Dit type microscopie gebruikt een ultrafijne naald om perforine op een doelmembraan te voelen in plaats van te zien. vergelijkbaar met een blinde die braille leest. De naald scant herhaaldelijk het oppervlak om een ​​beeld te produceren dat snel genoeg ververst om te volgen hoe perforinemoleculen samenkomen en gaten in het membraan snijden.

aanvankelijk, perforin verscheen als een waas op deze afbeeldingen. Echter, zodra een paar perforinemoleculen samen in het membraan worden ingebracht, ze konden duidelijker worden geïdentificeerd en aangetoond dat ze meer perforine rekruteren om zo transmembraanporiën te laten groeien.

Door ook statische snapshots met een hogere resolutie op te nemen met behulp van elektronenmicroscopie, Het team van professor Saibil slaagde erin te schatten, voor elke perforine-assemblage, het aantal moleculen in elke fase van het proces. Dit bevestigde een verandering van los gepakte kleine perforine-assemblages op het membraan naar grotere en steviger gebonden transmembraanporiën.