El aprendizaje automático revela diferencias clave en el funcionamiento interno de las células inmunitarias
El aprendizaje automático saca a la luz una extraordinaria arquitectura celular que permite que algunas células T asesinas del sistema inmunológico generen una respuesta más rápida y contundente ante los agentes patógenos.
Por Ori Schipper
Células T recién aisladas de la sangre de un donante humano sano. Los componentes nucleares (rojo, amarillo y azul) y los receptores de los linfocitos T (verde) resaltan la notable variabilidad en la organización espacial subcelular de nuestras células T. Crédito: Ben Hale / ETH Zurich
A simple vista, la mayoría de los linfocitos o células T tienen el mismo aspecto externo: pequeñas y esféricas. Ahora, un equipo de investigadores dirigido por Berend Snijder, del Instituto de Biología de Sistemas Moleculares de la ETH de Zúrich, en Suiza, ha analizado más de cerca el interior de estas células con la ayuda de técnicas avanzadas. Sus hallazgos muestran que la organización espacial subcelular de las células T citotóxicas, a la que Snijder se refiere como su arquitectura celular, tiene una gran influencia en su destino.
Cuando las células con invaginaciones nucleares —plegamientos o hendiduras hacia adentro de la membrana que protege el núcleo celular— se encuentran con un agente patógeno, se convierten en poderosas células efectoras que proliferan rápidamente y matan al intruso. Sus compañeras con núcleo esférico, es decir, sin invaginaciones nucleares, evolucionan a un ritmo más pausado: tardan más tiempo en activarse y, finalmente, se diferencian en células de memoria de larga vida que defienden al organismo contra futuros ataques del mismo patógeno.
Los científicos identificaron estas dos poblaciones funcionalmente distintas de células T hace unos cincuenta años. "Pero hasta ahora no estábamos seguros de qué características determinaban si una célula T se convertiría en una célula efectora o en una célula de memoria", dice Ben Hale, postdoctorado en el grupo de investigación de Snijder y autor principal del artículo que apareció recientemente en la revista Science.
Unas diferencias inesperadas sacadas a la luz por el aprendizaje automático.
Para ayudar a identificar estas características, los investigadores desarrollaron una plataforma que analiza automáticamente las imágenes microscópicas de las células inmunitarias. A continuación, presentaron a esta plataforma miles de células T de veinticuatro voluntarios sanos que donaron su sangre al Servicio de Donación de Sangre de Zúrich de la Cruz Roja Suiza.
Utilizando un enfoque de aprendizaje automático, la plataforma clasificó las células en tres grupos diferentes. "Ya habíamos visto cómo algunas células T tienen forma de botella cuando se activan— dice Snijder. Y añade—: Ahora bien, no esperábamos que la plataforma dividiera las células redondas en dos grupos diferentes".
Micrografía de un linfocito T humano, también llamado célula T, del sistema inmune de un donador sano. Cortesía: NIAID/NIH - NIAID Flickr's photostream
En una investigación más profunda, los investigadores también descubrieron que las diferencias en la arquitectura celular entre las dos clases de células redondas también tienen un significado funcional. "Las células con invaginaciones nucleares están diseñadas para activarse rápidamente: muchas de ellas se convierten en células efectoras en forma de botella en solo veinticuatro horas", dice Hale.
"También montan una respuesta más fuerte cuando se activan, y proliferan mucho más rápido que las células sin invaginaciones nucleares", agrega Snijder. Él y su equipo también identificaron el mecanismo molecular que conduce a la activación más rápida y fuerte de las células con invaginaciones nucleares: "Su arquitectura celular especial permite una mayor afluencia de iones de calcio", dice Snijder.
Con invaginaciones, sin invaginaciones y con forma de botella.
Ambos investigadores subrayan que aún quedan muchas preguntas por responder. Por ejemplo, Snijder y su equipo ahora esperan descubrir cómo el organismo asegura consistentemente que alrededor del 60% células T citotóxicas en la sangre tengan invaginaciones nucleares, mientras que el 35% no tienen invaginaciones y el 5 % restante tienen forma de botella.
Snijder y Hale señalan que sus resultados no solo son "importantes para comprender mejor cómo funcionan nuestras células inmunitarias", sino que también desempeñan un papel crucial en la lucha contra el cáncer. "Muchas terapias novedosas utilizan, por ejemplo, células T para matar las células cancerosas— apunta Snijder. Y concluye—: Si pudiésemos encontrar una manera de seleccionar y desplegar específicamente estas arquitecturas celulares, es posible que podamos mejorar la eficacia clínica de tales terapias". ◾️
Información facilitada por la ETH Zurich -Adaptación: Enrique Coperías / Rexmolón
Fuente: Benjamin D. Hale et al. Cellular architecture shapes the naïve T cell response. Science (2024). DOI: 10.1126/science.adh8967
