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 contrer les nouvelles menaces, évoluent beaucoup plus vite. Une partie de cela, rapportent maintenant les physiciens de l’UCLA, repose sur leur capacité à extraire de force les antigènes des surfaces 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 évaluer les propriétés d’antigènes particuliers, de comparer les types de cellules parmi la population de cellules B reconnaît et répond le plus efficacement à chaque antigène et produit davantage de ces cellules.
La découverte que les cellules immunitaires utilisent la force mécanique – en plus de la signalisation biochimique – de manière active et délibérée pour faire avancer leur propre évolution ajoute un nouveau paradigme aux études sur l’apprentissage et la mémoire du système immunitaire, a déclaré Shenshen Wang, professeur adjoint de physique et de physique à l’UCLA. astronomie et auteur correspondant de la recherche.
« Nous avons montré que les cellules immunitaires à évolution rapide utilisent le sens tactile, en appliquant des forces de traction actives, pour en savoir plus sur leurs cibles antigéniques et pour se classer », a déclaré Wang. « Une telle détection physique active permet au répertoire des cellules immunitaires de répondre efficacement aux défis actuels tout en étant plastique et adaptatif face aux menaces futures. »
Le fait que les cellules détectent et réagissent aux forces physiques externes est depuis longtemps la pierre angulaire de la biologie. Mais la connaissance qu’ils génèrent leurs propres forces physiques pour acquérir des signaux est récente, avec des conséquences évolutives qui n’ont pas été explorées jusqu’à présent. Wang a déclaré que les résultats pourraient aider les scientifiques à comprendre comment guider l’évolution du système immunitaire en concevant une séquence de vaccins pour l’aider à apprendre à identifier et à coder les caractéristiques les plus importantes de différents antigènes. Un système immunitaire ainsi réglé pourrait, par exemple, reconnaître et neutraliser beaucoup plus rapidement un virus qu’il n’a jamais rencontré auparavant.
La recherche est publiée dans deux journaux. Dans Actes de l’Académie nationale des sciencesWang et son co-auteur, Hongda Jiang, étudiante au doctorat en physique à l’UCLA, décrivent comment les cellules B extraient les antigènes des cellules présentatrices d’antigènes auxquelles elles sont attachées, générant un stress mécanique qui se propage à travers les surfaces cellulaires connectées et modifie la distribution de l’énergie au points où les cellules se touchent.
Même lorsque les tentatives des lymphocytes B pour extraire un antigène d’une cellule présentatrice d’antigène particulièrement rigide ne réussissent pas, notent Wang et Jiang, le processus améliore toujours l’apprentissage des lymphocytes B. Plus important encore, la déformation de la structure connectée par la force mécanique augmente la durée pendant laquelle les cellules immunitaires peuvent « se souvenir » de ce qu’elles ont appris et étend la gamme d’antigènes qu’elles peuvent détecter. Et si la traction devient plus forte avec le temps, la plage de détection s’élargit considérablement.
Dans un article accepté pour publication dans la revue en libre accès Examen physique X, Wang et Jiang abordent un dilemme des cellules immunitaires : comment l’ensemble fini de cellules B immunitaires du corps parvient à un équilibre entre répondre avec une force suffisante aux antigènes qu’ils ont déjà rencontrés tout en étant capable de reconnaître des agents pathogènes qu’ils n’ont jamais vus auparavant. La nouvelle recherche montre que l’évolution mécanique des cellules B axée sur la force améliore la diversité de la mémoire, donnant à l’immunité naturelle un plus grand potentiel adaptatif en équilibrant la puissance de la réponse aux antigènes avec l’étendue de la couverture.
En ouvrant une grande variété de voies biophysiques pour améliorer la capacité de reconnaissance des antigènes, ce processus actif donne à l’immunité naturelle du corps plus de moyens de s’adapter aux nouveaux mutants et aux futures variantes. Les auteurs écrivent que le processus fonctionne main dans la main avec la détection biomécanique et la signalisation biochimique pour produire des systèmes immunitaires agiles capables d’évoluer rapidement pour faire face aux nouveaux défis.
« Nous proposons un nouveau paradigme de reconnaissance biologique via l’acquisition physique de stimuli, qui peut compléter la vision actuelle centrée sur la signalisation biochimique », a déclaré Wang. « En attendant, il offre un nouvel angle pour comprendre l’adaptation biologique à la lumière des influences physiques sur l’évolution. Nos découvertes ont de larges implications pour comprendre l’apprentissage biologique et pour diriger physiquement l’évolution adaptative en général, et la réponse immunitaire en particulier. »
Plus d’information:
Hongda Jiang et al, les cellules immunitaires utilisent des forces de traction actives pour distinguer l’affinité et accélérer l’évolution, Actes de l’Académie nationale des sciences (2023). DOI : 10.1073/pnas.2213067120
Hongda Jiang et Shenshen Wang, Le tir à la corde moléculaire révèle le potentiel adaptatif d’un répertoire de cellules immunitaires, accepté pour publication dans Examen physique X. journals.aps.org/prx/accepted/ … 6c1e6f7d35994b2e378e