Célula inmunitaria y su comportamiento exploratorio de control de citoquinas en ratones
ARRIBA: Una porción de la corteza prefrontal medial de un ratón nave teñida con marcadores para los receptores de IL-17a (cian), neuronas inhibidoras (verde) y neuronas excitatorias (magenta). CORTESÍA DE KALIL ALVES DE LIMA
Las células T en el revestimiento del cerebro controlan comportamientos similares a la ansiedad en ratones, informan investigadores hoy (14 de septiembre) en Nature Immunology. Los hallazgos se suman a la creciente evidencia experimental de que estas células inmunitarias están involucradas en algo más que combatir infecciones e incluso pueden contribuir a las funciones cognitivas. Las bacterias comensales en el intestino influyen en esas células T y también pueden dar forma al comportamiento de los animales, según muestran los experimentos de los científicos.
Creo que el hallazgo más grande e importante es que estas células T están liberando una molécula de señalización, no en respuesta a ningún tipo de infección o amenaza, para asegurarse de que los ratones no corran riesgos innecesarios, dice el coautor del estudio Kalil Alves de Lima, inmunólogo de la Universidad de Washington en St. Louis (WUSTL).
En el estudio, Alves de Lima y sus colegas realizaron una investigación detallada de las células T gamma delta. Estas células inmunitarias residen en los tejidos de todo el cuerpo, incluida la duramadre, la capa más externa y dura de las meninges. Llamada la piel del cerebro, por Alves de Lima y otros, las meninges son un conjunto de tres membranas esponjosas que recubren el cráneo y la médula espinal y separan el tejido nervioso del resto del cuerpo.
Alves de Lima descubrió células T gamma delta en las meninges mientras investigaba la duramadre de ratones en busca de células T auxiliares y asesinas. Curioso por saber si los humanos albergaban células T similares en sus meninges, Alves de Lima y sus colegas analizaron la duramadre de personas que habían muerto recientemente; ellos también tenían allí células T gamma delta. Luego, el equipo continuó estudiando las células T gamma delta meníngeas en ratones y, mediante citometría de flujo, mostró que las células producían IL-17.
Buceando en la literatura, Alves de Lima encontró estudios anteriores que investigaban el proinflamatorio papel de las citocinas en el combate de infecciones, así como su contribución a los trastornos autoinmunes, como la artritis reumatoide, el lupus y la esclerosis múltiple. Sin embargo, hasta hace poco tiempo, no había muchos estudios que exploraran el efecto de las citoquinas en el comportamiento y la cognición. Un estudio de 2016 mostró que las crías de ratón nacidas de madres inyectadas con un virus o ARN sintético de doble cadena para estimular una respuesta inmune durante el embarazo tienen cambios en la arquitectura de su cerebro y exhiben comportamientos similares al autismo. Si las mamás ratón carecían de IL-17a, los cachorros no mostraban cambios cerebrales ni de comportamiento. Además, los cachorros deficientes en el receptor IL-17a tampoco tenían cambios cerebrales o de comportamiento. Un estudio de 2017 en C. elegans también mostró que la citoquina moldeaba la respuesta neuronal de los gusanos a niveles altos de oxígeno.
Todos estos experimentos sugirieron que la IL-17 desempeñaba un papel en algo más que la defensa microbiana, dice Dan Littman , inmunólogo de la Facultad de Medicina Grossman de la Universidad de Nueva York. Fue coautor del estudio sobre comportamientos similares al autismo en ratones, pero no participó en el nuevo trabajo.
El año pasado, otro equipo de investigadores demostró que las células T gamma delta en las meninges de ratones sanos liberan IL-17a y que la citocina influye en la capacidad de los animales para generar recuerdos a corto plazo. con Jonathan Kipnis, neuroinmunólogo de WUSTL, también probó el papel de las citoquinas en la memoria de los ratones y no encontró evidencia de esa conexión, pero el equipo mostró que la IL-17a regula el comportamiento similar a la ansiedad. Cuando se colocaron en una estructura elevada en forma de cruz con dos brazos que son plataformas abiertas y dos con paredes, los ratones que carecían de células T gamma delta prefirieron los brazos abiertos, mientras que los ratones de tipo salvaje prefirieron el comportamiento de brazos cerrados más oscuros que, en el estudio, sirvieron como un proxy para la ansiedad. Para los ratones, la ansiedad es beneficiosa, ya que los protege de la exposición a los depredadores, dicen los científicos. (Littman señala que puede haber otras formas de interpretar el comportamiento de los ratones en estos experimentos).
Las diferencias en el comportamiento aparecieron nuevamente cuando el equipo colocó a los ratones en un campo abierto. Allí, los ratones con deficiencia de células T gamma delta deambularon por el centro de la arena, mientras que sus contrapartes de tipo salvaje permanecieron cerca de las paredes de la arena.
Continuando con los experimentos con IL-17a, el equipo rastreó la producción de la citoquina usando un reportero verde fluorescente. La proteína fluorescente se iluminó en todos los mismos espacios de las meninges donde el equipo vio células T gamma delta, lo que sugiere que esas células estaban produciendo la citocina. Los ratones generaron la citocina incluso cuando no estaban combatiendo infecciones. Una vez más, en los experimentos de laberinto elevado y arena abierta, los ratones normales se pegaron a los espacios cerrados y oscuros, mientras que los ratones que carecían de IL-17a eran tan audaces como los ratones que carecían de células T gamma delta, explorando las áreas abiertas del laberinto y la arena. Otro experimento en el que el equipo inyectó anticuerpos neutralizantes para IL-17a en el líquido cefalorraquídeo de los animales hizo que los ratones de tipo salvaje también exploraran las áreas abiertas del laberinto y la arena.
Este nuevo y emocionante estudio, maravillosamente ejecutado por el Kipnis, se suma a la creciente lista de hallazgos que muestran que la IL-17 tiene un papel en la modulación de los comportamientos animales, escribe Jun Huh, inmunólogo de la Universidad de Harvard, quien trabajó con Littman en la IL-17a y los rasgos similares al autismo en cachorros de ratón, pero no participó en el nuevo estudio. en un correo electrónico a The Scientist. Usando enfoques multidisciplinarios, el grupo de Kipnis también proporcionó información sobre cómo la IL-17 genera tales fenotipos.
En concreto, un análisis de la cantidad del receptor IL-17a en las neuronas mostró que era abundante en las células nerviosas en una región de la corteza esencial para evaluar las amenazas, pero no muy extendida en el hipocampo, que juega un papel en el aprendizaje y la memoria. Cuando el equipo eliminó el receptor de IL-17a de las neuronas en la región cortical, los ratones mostraron comportamientos menos ansiosos, imitando la célula T gamma delta y los ratones deficientes en IL-17.
Esos experimentos muestran una vez más que las células inmunitarias y sus moléculas de señalización, que los científicos suelen asociar con respuestas inmunológicas convencionales, también participan en funciones fisiológicas que no tienen nada que ver con la protección contra patógenos microbianos, explica Littman a The Scientist.
Porque estudios anteriores han insinuado que ciertas bacterias comensales son esenciales para que las células T en los tejidos de todo el cuerpo se multipliquen y se activen, y otros experimentos han encontrado que los animales sin bacterias dentro y sobre sus cuerpos están menos ansiosos que los ratones normales, el equipo investigó la efecto del microbioma sobre las células T gamma delta meníngeas. Los investigadores encontraron que los ratones libres de gérmenes tenían cantidades similares de células T gamma delta meníngeas que los ratones de tipo salvaje, al igual que los ratones tratados con antibióticos de amplio espectro. Sin embargo, los ratones libres de gérmenes y tratados con antibióticos tenían menos transcripción de IL-17a por parte de las células T gamma delta meníngeas. Ese resultado sugiere que los comensales intestinales afectan indirectamente la producción de la molécula de señalización celular, lo que podría influir en el comportamiento de ansiedad de los animales.
El resultado es significativo, dice Kipnis, porque es la primera vez que un estudio muestra una vínculo directo entre el intestino y la inmunidad meníngea. Se sabe que los microbios intestinales influyen en la actividad cerebral y, por separado, en la inmunidad, pero su influencia en las células T en las meninges no se ha demostrado antes. Es una pequeña parte del artículo, pero importante, dice.
Uno de los siguientes pasos en la investigación, dice Alves de Lima, es determinar si las fluctuaciones en los niveles de IL-17a o la actividad de gamma delta Las células T en las meninges están relacionadas con la ansiedad o la depresión en ratones que representan esos trastornos. Sabemos que en homeostasis, esta molécula es buena en ratones, y cuando la sacamos, es mala, dice. Pero no sabemos si la sobreexpresión de estas células en modelos de depresión u otros modelos neuropsiquiátricos conduciría a un mal resultado. Eso es algo que debemos saber.
Alves de Lima también quiere explorar las células T gamma delta meníngeas en humanos para ver si la IL-17a afecta el comportamiento de manera similar a como lo hace en ratones. Si los estudios muestran que la IL-17a aumenta en la ansiedad y la depresión, entonces tal vez en el futuro podamos tratar a los humanos con anti-IL-17, dice. Sin embargo, el trabajo tendría que estar muy bien desarrollado, explica Alves de Lima, porque la IL-17a es muy crítica para nuestro sistema inmunológico.
K. Alves de Lima et al., Las células T meníngeas regulan el comportamiento similar a la ansiedad a través de la señalización de IL-17a en las neuronas, Nature Immunology, doi.org/10.1038/s41590-020-0776-4.