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Usando novos métodos microscópicos em combinação com análise de imagem baseada em aprendizado de máquina, pesquisadores de Freiburg descobriram novas estruturas na superfície de células B vivas que afetam a distribuição e possivelmente a função de seus receptores de antígeno. O estudo dos pesquisadores foi publicado na O jornal EMBO.
As células B são uma parte crucial do nosso sistema imunológico e reconhecem patógenos por meio de receptores especializados em sua superfície. Cientistas da Universidade de Freiburg puderam agora observar como esses receptores são distribuídos na superfície de células vivas e em movimento. Eles descobriram que a superfície da célula B é moldada em uma paisagem característica de cristas e saliências interconectadas. Nesse cenário, os receptores de antígenos de células B da classe IgM (IgM-BCR) se acumulam em áreas específicas. A precisão da localização dos receptores e seu agrupamento em unidades maiores provavelmente constituem um mecanismo que controla a sinalização do receptor e facilita a detecção do antígeno e, portanto, a ativação das células B.
A superfície dos linfócitos B é estruturada
Na maioria dos livros de imunologia, os linfócitos são descritos como células redondas, semelhantes a bolas, cuja superfície lisa carrega receptores distribuídos aleatoriamente. A noção de uma superfície de célula B lisa e não estruturada já foi desafiada por micrografias eletrônicas de linfócitos fixos e congelados, revelando saliências de membranas finas chamadas microvilosidades na superfície das células. Essas estruturas semelhantes a tentáculos ajudam as células imunes a procurar marcadores moleculares de patógenos, os chamados antígenos. Os linfócitos B reconhecem tais antígenos através de diferentes classes de seus receptores de antígenos de células B (BCR). Esses receptores de antígenos são máquinas moleculares complexas que, quando ativadas, interagem com outras moléculas para iniciar uma cascata de sinalização, levando à diferenciação de células B em células plasmáticas e à produção de anticorpos protetores.
Imagens de células vivas em alta velocidade
O grupo de pesquisa do Prof. -BioImaging (EMBL) e pesquisadores da Universidade de Osnabrück/Alemanha para analisar como o IgM-BCR é distribuído pela superfície 3D de células B vivas. Para isso, eles usaram uma técnica chamada microscopia de folha de luz em treliça, LLSM para abreviar. “Este método pode capturar imagens volumétricas de células vivas em uma velocidade muito alta”, explica o Dr. Deniz Saltukoglu, da Universidade de Freiburg, o primeiro autor do estudo. “Em outros tipos de microscopia de alta resolução, as células precisam ser fixadas a uma superfície plana, o que altera completamente as estruturas externas das células B. O LLSM nos permitiu observar as células em um ambiente que imita os tecidos biológicos, o que significa que as estruturas e os movimentos que vimos foram em grande parte imperturbáveis”, diz ela.
Os pesquisadores então desenvolveram ferramentas personalizadas de análise de imagem para quantificar e caracterizar objetivamente os dados microscópicos. “Precisávamos segmentar as imagens e isolar características morfológicas”, descreve Saltukoglu. “Até agora, isso só havia sido feito com dados bidimensionais, então tivemos que desenvolver novas ferramentas computacionais para dados volumétricos e de curso de tempo”. Para isso, os pesquisadores se inspiraram em algoritmos usados para mapear dados geográficos para levantamentos arqueológicos. Com essa abordagem, eles descobriram que a superfície da célula B carrega uma rede de cristas elevadas, com microvilosidades crescendo a partir das interseções da rede. Dentro desta “paisagem celular”, os IgM-BCRs formam aglomerados que se concentram ao longo das cristas, próximo às bases das microvilosidades. A posição desses aglomerados estava ligada ao movimento dinâmico das cristas na superfície das células.
“Achamos que a localização 3-D dos receptores de antígeno controla sua atividade”, diz Reth. “A localização na base das microvilosidades pode impedir sua ativação indesejada. Uma vez que as células B recebem um sinal de perigo, elas estendem suas microvilosidades e assumimos que os clusters IgM-BCR são recrutados para a ponta, onde são localizados em uma posição ideal para detecção de antígeno .” Essa hipótese está de acordo com outros achados do grupo de Reth, que sugerem que os IgM-BCRs são regulados por meio de interações laterais com correceptores regulatórios. Isso significa que a posição e a distribuição dos receptores de antígeno provavelmente representam mecanismos de controle adicionais que afetam a sinalização e a ativação das células do sistema imunológico.
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