Xotira B hujayralarini tanlashni tushunish

Qo'shimcha ma'lumot uchun:ali.ma@wecistanche.com

ANTRACT

Sutemizuvchilarning moslashuvchan immun tizimi millionlab yillar davomida rivojlanib, begona antijenlarga qarshi ajoyib samarali himoyaga aylandi. Moslashuvchan immun tizimining gumoral javobi plazma B hujayralarini va hosil qiladixotira Bhujayralar, ularning har biri o'z immunologik maqsadlariga ega. Affinity pishib etish jarayoni keng tarqalgan antigenga yuqori yaqinlikdagi B hujayralarini topishning global optimallashtirish muammosini hal qilish uchun evristik usul sifatida ko'rib chiqiladi. Biroq,xotira Bhujayralaryaqinlik etilish jarayonida ataylab tanlangan va pastroq yaqinlikka ega ko'rinadi. Biz shuni taklif qilamizxotira B hujayrasitanlash jarayoni ikkita optimallashtirish muammosining taxminiy yechimi bo'lishi mumkin: mutatsiyalar yoki boshqa kichik farqlarga qaramay, kelajakda shunga o'xshash antijenlarga yaqinlikni optimallashtirish va kelajakda plazma B hujayralarining avlodini isitish uchun optimallashtirish. Ba'zi B hujayra mutatsiyalari boshqalarga qaraganda ko'proq ekanligini ko'rsatadigan ma'lumotlarni hisobga olgan holda farazlarimizni isbotlash uchun simulyatsiyalardan foydalanamiz. Bizning topilmalarimiz mutatsiyaga uchragan antijenlarga yuqori darajada yaqinlikka ega bo'lgan xotira B hujayralari bilan mos keladi, ammo kuchli dalillar keltirmaydi.xotira B hujayralariIkkilamchi germinal markazlarni ekish uchun tanlangan sodda B hujayralaridan ko'ra foydaliroq bo'ladi.

Xotira uchun Cistanche NZ-ga bosing

1.Kirish

Immun tizimi bir nechta o'rganilgan identifikatsiya algoritmlarini qo'llaydigan samarali tahdidlarni yumshatish tizimidir. Tug'ma immunitet tizimi begona bosqinchilarni yoki antijenlarni aniqlashga qodir bo'lsa-da, u yanada massiv va o'ziga xos javob yaratish uchun adaptiv immunitet tizimini jalb qilishi kerak. Moslashuvchan immunitet tizimining gumoral javobining asosiy jihati yaqinlik etukligi (AM) deb ataladigan jarayon orqali ikki turdagi B hujayralarini o'rgatishdir: hozirgi antigenni aniqlash uchun antikorlarni ishlab chiqaradigan plazma B hujayralari vaxotira B hujayralarikelajakda shunga o'xshash antijenlarni aniqlash uchun keyingi immun javoblarda qo'llaniladi. AM jarayoni juda g'ayrioddiy bo'lib, unda ishtirok etuvchi B hujayralari ichidagi DNKning ma'lum bir hududi mutatsiyaga uchragan holda, ko'rib chiqilayotgan antigenga yuqori darajada yaqinlik uchun tanlangan nasl hosil qiladi. Ko'pgina hujayralar uchun DNK ketma-ketligini saqlash odatda katta ahamiyatga ega, ammo B hujayra retseptorining shaklini belgilaydigan genom hududi B hujayrasi retseptorlari antijenini yaxshiroq tanib olish imkoniyatiga ega bo'lishi uchun tezda o'zgartirilishi kerak. qiziqish (Meyer-Hermann va boshq., 2012). Ushbu mutatsiyalar B hujayralarining deyarli har qanday antigenni tanib olish qobiliyatiga javob beradi, bu esa sutemizuvchilarning moslashuvchan immun tizimini tabiiy dunyoda eng samarali o'rganish identifikatsiya tizimlaridan biriga aylantiradi.

Stiven Lindsli, Maya Gupta b, Kuper Stansberi, Indika Rajapakse

Michigan universiteti, Enn Arbor, Amerika Qo'shma Shtatlari, Hisoblash tibbiyoti va bioinformatika bo'limi

b Google Research, Mountain View, CA, Amerika Qo'shma Shtatlari

c Michigan universitetining matematika fakulteti, Enn Arbor, AQSH

Ushbu maqolada biz plazma B hujayrasi va yo'qligini ko'rib chiqamizxotira B hujayrasiavlod jarayonlarini aniq maqsadlarni qondirishga urinish sifatida talqin qilish mumkin va agar shunday bo'lsa, biz ushbu maqsadlarni aniq aytib bera olamizmi? Biz mashinani o'rganishdan standart g'oyalarni olamiz, bu erda birinchi navbatda optimallashtiriladigan ideal matematik ob'ektni ko'rsatish (masalan, o'rganilgan identifikatsiya tizimining kutilayotgan xato darajasini minimallashtirish), so'ngra ushbu matematik maqsadni taxminan optimallashtiradigan evristik algoritmlarni taklif qilish odatiy holdir. Xuddi shunday, biz evolyutsion bosimlar tufayli AM jarayonlari ideallashtirilgan immunologik maqsadlar uchun taxminan optimallashtiradigan evristika kabi ishlaydi deb taxmin qilamiz. Biz bu evolyutsion-moslashuvchan immunologik maqsadlar nima bo'lishi mumkinligini taxmin qilamiz, so'ngra simulyatsiya orqali qarama-qarshi mutatsiyaga uchragan antijenlarga duch kelganda turli xil B hujayralari bu maqsadlarga qanchalik mos kelishini solishtiramiz. Ushbu topilmalar bizni immunitet tizimining sodda B hujayralarini o'qitishning yashirin maqsadlari haqida yangi farazlarni taklif qilishga olib keladi.xotira B hujayralari.

Birinchidan, 2-bo'limda biz sodda B hujayralari qanday qilib plazma B hujayralari bo'lish uchun jalb qilingan va o'qitilganligini ko'rib chiqamiz va matematik tarzda ushbu trening maqsadlari uchun gipotezani taqdim etamiz. 3-bo'limda biz ko'proq jumboqli o'quv jarayonining matematik optimallashtirish maqsadlarini ko'rib chiqamiz, bu esa ularni yaratishga olib keladi.xotira B hujayralari. Biz plazma B hujayralarini tayyorlash yoki plazma B hujayralarini o'qitishni AM davomida sodda B hujayralaridan plazma B hujayralarini yaratish jarayoni sifatida aniqlaymiz. Xuddi shunday, biz xotira B hujayralarini o'qitish yoki o'qitishni aniqlaymizxotira B hujayralariAM davomida sodda B hujayralaridan xotira B hujayralarini yaratish jarayoni sifatida. Biz gipotezalarimizni 4-bo'limda simulyatsiyalar orqali sinab ko'ramiz va 5-bo'limda ochiq savollarni muhokama qilish bilan yakunlaymiz.

2. Plazma B hujayralarini tayyorlash

Biz sodda B hujayralarini plazma B hujayralariga aylantirishga o'rgatuvchi AM jarayonini ko'rib chiqamiz, so'ngra plazma B hujayralarini tayyorlash optimallashtirish uchun qanday matematik mezonlarga ega bo'lishi mumkinligini ko'rib chiqamiz.

2.1. Plazma B xujayralarining affinity etukligi

AM ikkilamchi limfoid organlarga antigenga dastlabki yaqinlikdagi sodda B hujayralarini jalb qilish bilan boshlanadi. Ushbu sodda B hujayralari, T follikulyar yordamchi (TFH) hujayralari va follikulyar dendritik hujayralar bilan birgalikda germinal markazlar deb nomlanuvchi vaqtinchalik tuzilmalarga to'planadi (1A-rasm) (Meyer-Hermann va boshq., 2012; Tas va boshq., 2016). Germinal markazlar (GC) bu hujayralar yaqin joyda bo'lishini ta'minlaydi, bu esa tez mutatsiyani va B hujayralari retseptorlari ketma-ketligini baholashni osonlashtiradi. AM davomida B hujayralari TFH hujayralari tomonidan antigenga yaqinligi uchun ular orasidagi o'zaro ta'sirning uzunligi bo'yicha, B hujayralari tomonidan antigen taqdimoti asosida baholanadi (Mesin va boshq., 2016; Murphy va Weaver, 2016). Agar B hujayraning dastlabki yaqinligi yuqori bo'lsa, u TFH hujayradan kimyoviy signalni oladi va GK ning alohida maydoniga o'tadi va ko'payadi. B hujayrasi ko'payayotganda, genomning gipero'zgaruvchan hudud deb ataladigan ma'lum bir qismi fermentga, faollashuv natijasida kelib chiqqan sitidin deaminaza (AID) ta'siriga uchraydi (Muramatsu va boshq., 2000; Bannard va Cyster, 2017). AID odatda DNKda topilmaydigan nukleotid bo'lgan urasil hosil qiluvchi sitozinni deaminatsiyalashi mumkin. Ushbu o'zgarishlarni tiklaydigan operatsiya xatolarga moyil bo'lib, DNK ketma-ketligidagi mutatsiyalarga olib keladi (Martin va boshq., 2015).

Ta'mirlash jarayonida dezaminatsiya va mutatsiyalar jarayoni somatik gipermutatsiya (SHM) deb ataladi. Proliferatsiyadan so'ng, B hujayralari TFH hujayralarini o'z ichiga olgan GC maydoniga qaytadi va ularning antigenga yaqinligi uchun qayta baholanadi. Proliferatsiya, mutatsiya va yaqinlikni baholashning bu iterativ jarayoni B hujayralari antigenga etarlicha yuqori yaqinlikka ega bo'lgunga qadar davom etadi. Shu nuqtada, B hujayralari plazma B hujayralariga differensiyalanadi va immunitet tizimiga antigenni yo'q qilishga imkon beradigan antikorlarni ishlab chiqarishni boshlaydi.

2.2. Algoritm sifatida yaqinlik etukligi

Biz AM ni 1-algoritmda modellashtiramiz, undan tajribalarimizda AM ni simulyatsiya qilish uchun foydalanamiz. Biz 2.3-kichik bo'limda batafsil bayon qilingan AM haqidagi ma'lum yoki noaniq masalalarni soddalashtiramiz.

Har bir sodda B hujayra retseptorlari ketma-ketligi tasodifiy ravishda V, D, J va C gen segmentlarining kombinatsion aralashmasi, shuningdek, ushbu segmentlar orasidagi bog'lanish xilma-xilligi orqali hosil bo'ladi (Sompayrac, 2019). Oddiy B hujayralari kamida 100 million imkoniyatlarni o'z ichiga oladi (Sompayrac, 2019). Germinal markazga jalb qilingan sodda B hujayralari allaqachon a antijeni bilan umid beruvchi yaqinlikka ega bo'lgan hujayralardir. Keyin SHM DNK ketma-ketligining taxminan 100 ta asosiy juftlik (bp) uzunligidagi nukleotidlarni mutatsiyaga soladi, bu B hujayra retseptorlari tuzilishini aniqlashga yordam beradi (Martin va boshq., 2015). Gipervariable mintaqadagi mutatsiyalar ushbu hududdan tashqaridagi mutatsiyalarga qaraganda 106 baravar ko'pdir (Martin va boshq., 2015). Mutatsiyalar fA sifatida modellashtirilgan kategorik fazoda almashtirish, qo'shish va o'chirish bo'lishi mumkin; T; C; G;£g100, bu yerda £ oʻchirishni bildiradi. Shuni ta'kidlash kerakki, mumkin bo'lgan mutatsiyalarning kombinator maydoni katta bo'lsa-da, ko'plab o'ziga xos mutatsiyalar darhol apoptozga olib keladi. AM optimallashtirish parallellashtiriladi va G germinal markazlari bo'ylab taqsimlanadi, ularni algoritmik ravishda G turli xil parallel protsessorlar deb hisoblash mumkin. Biz turli xil germinal markazlarni mustaqil ishlaydigan tarzda modellaymiz, garchi ular o'rtasida biokimyoviy signalizatsiya bo'lishi mumkin. Amalda, organizm bir vaqtning o'zida bir nechta mustaqil antijenler uchun mashq qiladi, ammo soddaligi uchun biz bir vaqtning o'zida bitta antigenni ko'rib chiqamiz.

2.3. Algoritmning ma'lum soddalashtirilganlari 1

Shuni ta'kidlaymizki, 1-algoritm AM ning bir nechta ma'lum xususiyatlarini soddalashtiradi. Bizning fikrimizcha, bu soddalashtirishlar ahamiyatsiz va ular ushbu ishning asosiy xulosalariga ta'sir qilmaydi.

Biz algoritmni T diskret iteratsiyalari sifatida modellaymiz, ammo amalda AM doimiy jarayon bo'lib, antigen parchalanishi va tashqi bosimlar tufayli qisman vaqt bilan cheklangan. Biroq, bizning ma'lumotlarimizga ko'ra, sodir bo'lishi mumkin bo'lgan bo'linishlar sonining aniq chegarasi yoki AM vaqtida bajarilishi kerak bo'lgan aniq vaqt jadvali mavjud emas. Bundan tashqari, immunitet tizimi tezda yechim topa olmasligi va uy egasining o'limiga olib kelishi mumkin. Bu tabiiy tizimda sodir bo'lishini tan olsak-da, bu bizning simulyatsiyamizning diqqat markazida emas. Shuning uchun, biz haqiqiy immunitet tizimi duch keladigan vaqt chegaralarini taxmin qilish sifatida qat'iy belgilangan miqdordagi iteratsiyalardan foydalanamiz. Bundan tashqari, biz simulyatsiya oxirida eng yuqori yaqinlikdagi B hujayralarini soddaligi uchun plazma B hujayralari sifatida aniqlaymiz, ammo plazma B hujayralari AM oxirida bir vaqtning o'zida tanlanmaydi va mutlaq eng yuqori yaqinlikka ega bo'lmasligi mumkin.

SHM boshlanishidan oldin, boshlang'ich B hujayra populyatsiyasi yo'naltirilmagan proliferatsiyaga uchragan bo'lishi mumkin, ya'ni dastlabki tasodifiy namuna B hujayralarining tasodifiy klasterlari sifatida yaxshiroq modellashtirilishi mumkin. 1-algoritm germinal markazlarning cheksiz o'sishiga imkon beradi, ammo o'lim darajasi germinal markazlarda populyatsiya sonini cheklashga moyil bo'ladi. Amalda, germinal markazlarning hajmi, shuningdek, jismoniy hajm cheklovlari va biokimyoviy resurs cheklovlari bilan chegaralanadi, Biz doimiy o'lim tezligidan foydalanamiz. ammo yaqinlik oshgani sayin halokat ehtimoli kamayishi haqida ba'zi dalillar mavjud (Anderson va boshqalar, 2009). Biz germinal markazdagi B hujayralarining o'lim ehtimolini pastroq yaqinlikdagi hujayralar tomon yo'naltirish orqali ushbu xatti-harakatning soddalashtirilgan versiyasini kiritamiz.

T xujayralari yaqin atrofdagi B hujayralarini yaqinligi uchun o'lchaydilar, shuning uchun ma'lum bir B hujayraning yaqinligi o'lchanishi ehtimoli bor, va B hujayraning yaqinligi o'lchanishi ehtimoli fazoviy tashkilotning funktsiyasi deb hisoblanadi (bu bilvosita yaqinlik ta'sir qiladi) va bevosita yaqinlik. Muayyan B xujayrasining yaqinligi va fazoviy yaqinligi uning tanlanishi va ko'payish ehtimoliga ta'sir qiladi. Biz TaH hujayralari va B hujayralari o'rtasidagi fazoviy tashkilotni aniq ko'rib chiqmaymiz. Ko'payish signalining kuchi odatda Bcellning yaqinligiga mutanosibdir, shuning uchun yuqori yaqinlikdagi Bcell yaqinlikni baholashning yana bir iteratsiyasiga qaytishdan oldin ko'p marta ko'payadi (Mesin va boshqalar, 2016; De Silva va Klein, 2015). Past yaqinlikdagi B hujayrasi uchun o'lim ehtimolining ortishiga o'xshab, biz B hujayralarini ko'payish uchun tanlashni yuqori yaqinlikdagi B hujayralariga qaratamiz.

1-algoritm AMni biz bilmagan yoki hali noma'lum bo'lgan boshqa yo'llar bilan ham soddalashtirishi mumkin.

2.4. Plazma B xujayralari cheklangan vaqt berilgan antigenga yaqinlikni optimallashtirish uchun yaratilgan

AM uzoq vaqtdan beri SHM orqali ma'lum antigenni eng yaxshi identifikatsiya qiluvchi B hujayrasini topishga harakat qiladigan global optimallashtirish algoritmi sifatida ishlaydigan immunitet tizimi sifatida shakllantirilgan jarayondir (Theodosopoulos va Theodosopoulos, 2002). Ya'ni, AM go'yo yechish uchun evristik kabi ishlaydi, bu erda a - berilgan antigen, b - barcha mumkin bo'lgan B hujayralarining B to'plamidan B hujayrasi va s - qulflash sifatini modellashtiradigan yaqinlik funktsiyasi - va-b va a ning asosiy fizik va biokimyoviy o'zaro ta'siri. E'tibor bering, B - bu B hujayra retseptorini kodlaydigan o'zgaruvchan uzunlikdagi DNK ketma-ketligi bilan aniqlangan juda katta kategorik bo'shliq.

Biroq, ob'ektiv (1) plazma B xujayrasi antigenga mukammal mos kelishi shart emasligini tan olmaydi. Darhaqiqat, s ga yaqinligi yetarli bo'lib ko'rinadi, shundayki, s ning yaqinligiga erishilgandan so'ng, B xujayrasi plazma B hujayrasiga differensiallanish uchun induktsiya qilinadi. Bundan tashqari, immun tizimi imkon qadar tez etarli darajada yuqori yaqinlikdagi plazma B hujayralarini ishlab chiqarish uchun vaqt bosimi ostida.

Therefore, we propose that a more realistic model of what the plasma B cell generation process is optimizing should also depend on the sufficient affinity t>0, va berilgan toʻplam h. germinal markazdagi boshlang'ich sodda B hujayralari. Vaqt bosimini olish uchun biz har bir diskret vaqt iteratsiyasida germinal markazdagi B hujayralariga ehtimoliy mutatsiyalarni modellashtiramiz. Oddiy B hujayra b E berilgan bo'lsa, M(b)∈ b ning bitta tasodifiy mutatsiyasidan hosil bo'lgan yangi tasodifiy B hujayra bo'lsin. M*(b)= M(M(..(M(b))..)) b ning Krandom mutatsiyalaridan so'ng hosil bo'lgan tasodifiy B hujayrani ko'rsatsin, shunda tasodifiy B hujayra M(b) bo'lishi mumkin. B xujayralarining har qandayiga M Kmutatsiyalari orqali erishish mumkin bo'lgan boshlang'ich B hujayra b, mos keladigan ehtimolliklar M* (b) dan boshlab M* hosil qilishi mumkin bo'lgan turli xil mutatsiyalar yo'llari ehtimoli yig'indisiga bog'liq.

Keyin biz plazma B hujayralarini tanlash jarayoni K∈kerakli mutatsiyalar sonini minimallashtirish uchun ishlab chiqilgan evristik deb faraz qilamiz, shunda o'rtacha K tasodifiy mutatsiyalar germinal markazda antigenga etarli darajada yaqinlik t bo'lgan kamida bitta B hujayra hosil qiladi:

Bu erda EI.] tasodifiy o'zgaruvchining ehtimoliy natijalari bo'yicha ularning ehtimolliklari bo'yicha tortilgan standart kutish operatori (o'rtacha). Bu maqsad 1-algoritmimizga mos keladi.

Shubhasiz, immun tizimi mezonlarni (2) aniq shakllantiradigan va keyinchalik uni optimallashtirish uchun evristikani aniqlaydigan sezgir mavjudot emas. Aksincha, biz evolyutsion bosimlar plazma B hujayralarini yaratish jarayoni uchun tanlangan, deb faraz qilamiz (2).

3. Xotiraning B hujayralarini o'rgatish

Plazma B-hujayralariga o'xshab, xotira B hujayralari germinal markazda hosil bo'ladi, ammo ularning tegishli maqsadlariga erishish uchun ushbu ikki hujayra turini yaratishda asosiy farqlar mavjud (Mesin va boshq, 2016; Weisel va Shlomchik, 2017; Suan et al. al, 2017). Biz birinchi navbatda xotira B hujayralari qanday yaratilganligini ko'rib chiqamiz, so'ngra plazma B hujayralari uchun bizning mezonimizga (2) o'xshash qanday mezonlar uchun optimallashtirilganligini ko'rib chiqamiz.

3.1.Xotira B hujayralarining foni

Xotira B hujayrasi nomi B xotira hujayrasi plazma B hujayrasining uzoq muddatli nusxasi degan fikrni keltirib chiqarishi mumkin bo'lsa-da, haqiqat yanada murakkabroq. Xotira B hujayralari plazma B hujayralari kabi butun AM jarayonidan o'tmaydi. Aslida, xotira B hujayralari plazma B hujayralariga nisbatan nisbatan past yaqinlik va past SHM yuki (SHM dan yig'ilgan mutatsiyalar soni) bilan tavsiflanadi (Suan va boshqalar, 2017). Bu shuni anglatadiki, xotira B hujayralari dastlab sodda B hujayra repertuariga nisbatan antigenga yuqori yaqinlikka ega bo'lsa-da, ular plazma B hujayralari darajasida AM dan o'tmaydi va plazma B hujayralariga qaraganda hozirgi antigenga nisbatan pastroq yaqinlikka ega.

BACH2 geni germinal markazda xotira B hujayralarining rivojlanishida va ularning yakuniy farqlanishida muhim rol o'ynaydi (Suan va boshqalar, 2017: Shinnakasu va boshqalar, 2016). BACH2 B hujayraning Te hujayralaridan oladigan yordami bilan teskari bog'liqdir va natijada T hujayralari bilan zaif o'zaro ta'sir BACH2 ifodasini yuqori darajada ushlab turishga imkon beradi. Tanqidiy,

BACH2 ifodasi va Tp hujayralari o'rtasidagi munosabatlar germinal markazda hujayraning omon qolishi uchun T-hujayralariga ma'lum yordam beradi, lekin B hujayrasi prekursorining SHM orqali ko'payadigan va mutatsiyaga uchragan hududga kirishiga yo'l qo'ymaydi. Bu germinal markazdagi B hujayralarining uchta kichik to'plamiga olib keladi: (1) SHM orqali ko'payish va mutatsiya qilish uchun T hujayralari tomonidan tanlanadi va oxir-oqibat plazma B hujayralarining differentsiatsiyasiga olib keladi, (2) o'rtacha yaqinlik B. hujayralar (plazma B hujayrasi prekursorlari bilan solishtirganda past, o'rtacha sodda B hujayra bilan solishtirganda yuqori), ularning Tw hujayralari tomonidan tanlanishi BACH2 tomonidan temperlanadi, bu xotira B hujayralariga olib keladi va (3) kam yoki umuman yordam bermaydigan past yaqinlikdagi B hujayralari apoptozga olib keladigan ikkita hujayradan (Mesin va boshq, 2020; Teylor va boshq, 2015).

Xotira B hujayralari o'zlarining transkripsiyaviy profillari bo'yicha sodda B hujayralariga o'xshaydi, bu ularga organizm ichida erkin aylanish va antigenlarning kelajakdagi holatlarini kuzatish imkonini beradi. Ushbu o'xshashliklarga qaramay, ular anti-apoptotik genlarning haddan tashqari ifodalanishini namoyish etadilar, bu esa B xotira hujayralarining juda uzoq vaqt davomida yashashiga va shuning uchun kelajakda antijenlarni tanib olish qobiliyatiga imkon beradi (Suan va boshq. 2017).

3.2. Xotira B hujayralari nima qilish uchun optimallashtirilgan?

Agar immun tizimining maqsadi hozirgi antigen a ga eng yuqori yaqinlikdagi B hujayra retseptorlarini yodlab olish bo'lsa, biz xotira B hujayralari retseptorlari repertuarini plazma B hujayralari retseptorlari repertuariga deyarli o'xshash bo'lishini kutishimiz mumkin, ammo ular shunday emas. Shu bilan bir qatorda, AM xotira B hujayralari ko'proq mutatsiyaga muhtoj bo'lgunga qadar vaqt hashamatidan foydalanishini kutish mumkin, shunda xotira B hujayralari plazma B hujayralariga qaraganda antigenga s(b, a) yanada yuqori yaqinlikka ega bo'lishi mumkin. , yanada optimallashtirish (1). Bu ham shunday emasga o'xshaydi. Ushbu ikkala variant ham biologik jihatdan amalga oshirilishi kerak bo'lsa-da, immun tizimi xotira B hujayralarini yaratish uchun tubdan farq qiladi: u AMda B xotira hujayralarini plazma B hujayralariga qaraganda ertaroq tanlaydi va shuning uchun xotira B hujayralari o'rtacha s(ba) yaqinligiga ega. plazma B hujayralariga qaraganda.

Xotira B hujayralari nima uchun joriy antigen a ga juda mos emasligini tushuntirish uchun biz B xotira hujayralari evristik tarzda optimallashtirishga harakat qilishi mumkin bo'lgan maqsad funktsiyasi uchun ikkita farazni taklif qilamiz. Bizning ikkita farazimiz xotira B hujayralarining ikki tomonlama rolidan kelib chiqadi (Dogan va boshqalar, 2009; Weisel va Shlomchik, 2017). Birinchidan, antigenning kelajakdagi mujassamlanishi hujum qilganda, xotira B hujayralari plazma B hujayralariga differensiallashish va mutatsiyaga uchragan antigenni yo'q qilish uchun ishlatiladi. Ikkinchidan, xotira B hujayralari AM ning plazma B hujayralarini ikkinchi darajali tayyorlashni isitish uchun ishlatiladi. Darhaqiqat, so'nggi ma'lumotlar shuni ko'rsatadiki, ikkilamchi javobdagi plazma B hujayralarining katta qismi birinchi javobdan olingan xotira B hujayralaridir va ba'zi xotira B hujayralari ikkilamchi javob plazma B hujayralarini optimallashtirish uchun yangi germinal markazlarni ekish uchun ishlatiladi ( Mesin va boshqalar, 2020).

3.3. Mutatsiyaga uchragan antigenga yaqinlikni o'rgatish

Biz taklif qilamizki, xotira B hujayralari uchun asosiy muammo shundaki, ular yumshatishi kerak bo'lgan antigenning kelajakdagi namunasi deyarli asl antigen a ning mutatsiyasidir. Xotira B hujayralari yaratilgan vaqtda kelajakdagi mutatsiyaga uchragan a antijeni noma'lum, ammo biz uni tasodifiy mutatsiyaga uchragan A antijeni sifatida tavsiflashimiz mumkin. Ushbu maqolada biz bosh harf tasodifiy o'zgaruvchini bildiradigan standart ehtimollik belgisidan foydalanamiz va uning tegishli kichik harfi bu tasodifiy o'zgaruvchining amalga oshirilishini bildiradi. Misol uchun, agar siz olti qirrali matritsani aylantirsangiz, Xe {1,2..6} tasodifiy qiymati siz qarashdan oldin matritsaga ishora qiladi, chunki bu vaqtda siz faqat oltita qiymatning ehtimolini bilasiz, lekin bir marta siz rulonni ko'rasiz, bu xE {1,2....,6} deterministik qiymatdir.

A joriy antigen a ga bog'liq bo'lgan ba'zi bir shartli ehtimollik taqsimotidan olingan tasodifiy antigen bo'lsin va kelajakda mumkin bo'lgan mutatsiyalarning a ga bo'lish ehtimolini va bunday mutatsiyaning mezbon organizmga yashash muddati davomida taqdim etilishi ehtimolini modellashtirsin. a ga immun javob paytida tanlangan xotira B hujayralari. Agar ikkilamchi javob uchun faqat bitta xotira B hujayrasi kerak bo'lsa, (1) ning mantiqiy umumlashmasi tasodifiy mutatsiyaga uchragan A antijeni bilan o'rtacha yuqori darajada bog'liq bo'lgan xotira B hujayrasini tanlashdir.

Agar a antijenining barcha mutatsiyalari bir xil ehtimolga ega bo'lsa va s yaqinlik ko'rsatkichi yaxshi chiziqli funktsiya bo'lsa, (3) ning yechimi (1) bilan bir xil bo'lishi mumkin. Ammo biz turli xil antigen mutatsiyalari ehtimolida substantiv assimetriya bo'lishini kutamiz, shuning uchun biz (3) ning yechimi (1) ning yechimidan farqli bo'lishini kutamiz. Bu mashhur Ueyn Gretskiyning xokkey haqidagi iqtibosidagi bilan bir xil tamoyil, men shayba bo'lgan joyga emas, qayerda bo'lishi kerak bo'lgan joyga uchaman.

2-rasmda (4) mezon ko'rsatilgan bo'lib, xotira B hujayralarining xilma-xilligi asl antijen a ning ehtimoliy mutatsiyalari bo'shlig'ini qoplashga yordam beradi. (4) mezon N ning qat'iy tanlovini nazarda tutadi, lekin agar siz N uchun (4) ni ham optimallashtirishingiz mumkin bo'lsa, unda siz har doim N xotira B hujayralarining ko'proq sonini afzal ko'rasiz. Shu bilan birga, ushbu hujayralarni saqlash va saqlash uchun zarur bo'lgan jismoniy resurslar va antigen parchalanishidan oldin vaqt bosimi tufayli N ga pastga tushadigan bosim ham mavjud. Yana bir bor ta'kidlaymizki, biz B xotira hujayralarining o'zlari optimallashtirishga harakat qiladilar (4), evolyutsion bosim o'rniga B xotira hujayralarini yaratish jarayonlarini optimallashtirishni afzal ko'radi (4).

3.4. Mutatsiyaga uchragan antijen uchun issiq boshlang'ich mashg'ulot uchun optimallashtirish

Biz xotira B hujayralarini to'g'ridan-to'g'ri optimallashtirishni taklif qilmoqchi emasmiz (5), aksincha, evolyutsion bosimlar B xotira hujayralarini tanlash jarayonlarini yaxshiroq optimallashtirishni afzal ko'rishi mumkin (5). Maqsad (4) va maqsad (5) antigen va B hujayralarining turli mutatsiyalari ehtimoliga qarab turli xil optimal echimlarga ega bo'lishi mumkin, ammo bir xil evristik xotira B hujayralarini tanlash jarayoni ikkala maqsadda ham yaxshi natija berishi mumkin. B hujayralarining germinal markazlarda ikkilamchi javob plazma B hujayralarini o'qitish uchun qanchalik muhim xotirasi hali noma'lum, ammo ba'zi dalillar shuni ko'rsatadiki, ikkilamchi javob germinal markazlari kutilganidan ko'ra ko'proq sodda B hujayralaridan iborat (Mesin va boshq., 2020). ).

3.5. Nima uchun xotira B hujayralari plazma B hujayralarining nusxalari emas?

(4) va (5) ikkalasi ham antigen duch kelishi mumkin bo'lgan turli mutatsiyalarning PA~ ehtimollik taqsimoti va K mutatsiyalaridan keyin mutatsiyaga uchragan B hujayraning PMK ðbÞ ehtimollik taqsimoti haqida ma'lumotni talab qiladi. Biroq, PA~ va PMK ðbÞ ning ko'plab nosimmetrik tanlovlari uchun aniq taqsimotlar unchalik ahamiyatsiz bo'lishi mumkin: immun tizimi oddiygina xotira B hujayralari plazma nusxalarini yaratish orqali (4) va (5) ga yaxshi taxminiy yechimga arzonga erishishi mumkin. B hujayralari; aniq replikatsiyaga to'sqinlik qiladigan hech qanday biokimyoviy cheklov mavjud emas. Biroq, xotira B hujayralari aslida plazma B hujayralaridan farqli ravishda tanlangan ko'rinadi. Buning sababi haqida ikkita farazni taqdim etamiz.

Bizning birinchi gipotezamiz allaqachon 3.3-bo'lim va 2-rasmda kiritilgan: immun tizimi (4) xotira B hujayralari to'plamini tanlaganligi sababli, plazmadan nusxa ko'chirishdan ko'ra xotira B hujayralarida ko'proq xilma-xillikka ega bo'lish to'laydi. B hujayralari. Plazma B hujayralari kamroq xilma-xil bo'ladi, chunki ular optimallashtirishga o'rgatilgan (1), bu hatto sðb shaklida bir nechta mahalliy minimal bo'lsa ham; aÞ ularning xilma-xilligini cheklaydi. Xotira B hujayralari plazma B hujayralariga qaraganda ancha xilma-xildir, chunki ular kamolotga etish jarayonida avvalroq tanlanadi. Bizning fikrimizcha, bu xilma-xillik mutatsiyaga uchragan antigenga (5) muvofiqlikni optimallashtirish uchun muhim, chunki haqiqiy yaqinlik funktsiyasi s murakkab biokimyoviy xususiyatlar va fizik xususiyatlardan kelib chiqadigan B hujayra b va antigen a aminokislotalar ketma-ketligining yuqori chiziqli bo'lmagan funktsiyasidir. qulf va kalit tuzilmalari (Karneyro va Styuart, 1994; Kilambi va Grey, 2017; Ambrosetti va boshq., 2020)

Bizning ikkinchi gipotezamiz shundan iboratki, ikkilamchi germinal markazlar uchun issiq boshlash maqsadi (5) plazma B hujayralari to'plamining nusxasi tomonidan yaxshi optimallashtirilmagan, chunki SHMdagi B hujayralarining tasodifiy mutatsiyalarining PMjb ehtimoli borligi haqida dalillar mavjud. assimetrik: B hujayralarining ba'zi mutatsiyalari boshqalarga qaraganda ancha yuqori. Bu ba'zi B hujayralarini yangi antigenga moslashish uchun mutatsiyaga uchragan asl plazma B hujayralariga qaraganda iliqroq boshlash uchun moslashuvchan boshlang'ich nuqtaga aylantiradi. Asimmetrik PMjb uchun dalil shundan iboratki, ko'plab tadqiqotchilar AIDning o'ziga xos motivlarini afzal ko'rganligini ta'kidladilar (Martin va boshq., 2015; Stavnezer, 2011; Chen va MakKarti, 2017; Keim va boshq., 2013). Mutatsiyalar, ta'rifiga ko'ra, AID maqsad qilgan o'ziga xos ketma-ketlikni o'zgartirishi mumkinligi sababli, bu joyning birinchi mutatsiyasi kelajakdagilarga qaraganda osonroq degan xulosaga kelish o'rinli. Ketma-ketlik o'zgartirilsa, AID bu joyni nishonga olish ehtimoli kamroq. Umuman olganda, AIDning imtiyozli maqsadli yo'naltirilishi ushbu mintaqaning keyingi mutatsiyaga yoki asl ketma-ketlikka qaytishini qiyinlashtiradi.

AM davrida mutatsiyalar orqali barcha B hujayralarining bo'shliqlari bo'ylab harakatlanish ehtimolidagi bu assimetriya plazma B hujayrasi maqsadi (1) va kelajakda plazma B hujayralarini o'qitish uchun yaxshi iliq boshlang'ich yechim bo'lish maqsadi o'rtasida uzilishni keltirib chiqaradi (5). ). Xususan, plazma B xujayrasi joriy antijen a uchun optimallashtirish uchun (1) ko'plab teskari mutatsiyalarni amalga oshirgan bo'lishi mumkin. Bundan farqli o'laroq, tanlangan xotira B hujayralari joriy antigen a ni moslash uchun yetarli darajada optimallashtirilmaganga o'xshaydi, ammo biz taxmin qilamizki, ular tasodifiy kelajakdagi antijen A~ ga yaxshiroq moslashish uchun ikkilamchi javob AMda mutatsiyaga o'tishlari mumkin. Umuman olganda, biz (1), (4) va (5) maqsadlarning qanchalik to'g'ri kelishi PA ~ simmetriyasiga bog'liqligini ta'kidlaymiz; PMjb, va s ning nochiziqliligi.

4. Simulyatsiyalar

Biz plazma B hujayralari va xotira B hujayralari qanday o'qitilishini modellashtirish uchun AM algoritmidan (algoritm 1) foydalanamiz va ikkita simulyatsiya orqali simulyatsiya qilingan xotira B hujayralari gipoteza qilingan maqsadlarimizni optimallashtirishda simulyatsiya qilingan plazma B hujayralaridan yaxshiroq ekanligini ko'rsatamiz (4) va ( 5), shuning uchun bu maqsadlar biologik jihatdan oqilona ekanligini isbotlash. Biz birinchi navbatda simulyatsiya qilingan birlamchi immun javoblarida yaqinlik etukligi mexanikasini namoyish qilamiz, so'ngra simulyatsiya qilingan ikkilamchi immun javoblar uchun turli potentsial boshlang'ich sharoitlarni solishtiramiz.

Ushbu simulyatsiyalar virusli mutatsiya virusning funksionalligiga zarar keltirmasligi va 2.3-bandda tasvirlangan masalalar kabi o'yindagi barcha real muammolarni hisobga olmaydi. Ushbu cheklovlarga qaramay, biz ushbu simulyatsiyalar bizning taxmin qilingan maqsadlarimiz plazma va xotira B hujayralarini o'qitishdagi farqga mos kelishini ko'rsatish uchun zarur bo'lgan ko'plab asosiy masalalarni qamrab oladi deb ta'kidlaymiz. Simulyatsiyalarimiz uchun to'liq kod so'rov bo'yicha taqdim etiladi.

4.1. Simulyatsiyani sozlash

Bizning simulyatsiyalarimiz AM jarayoni uchun 1-algoritmga amal qiladi. Biz sodda B hujayra repertuarini (10 000 hujayra) B hujayra retseptorlari bilan ishga tushiramiz, ular tasodifiy 10-50 aminokislotalar ketma-ketligi bilan ifodalanadi, bu erda har bir aminokislota 61 bo'lmagan bo'shliqqa bir xilda tortiladi. -kodonlarni to'xtatish (aminokislotalar bo'ylab bir xil bo'lmagan taqsimotni yaratish). Biz antijenlarni tovuq ovalbumini, sigir suti va bug'doyning ma'lum antijenik ketma-ketliklaridan olingan ketma-ketliklar sifatida simulyatsiya qilamiz (Honma va boshq. 1996; Liu va Sathe, 2018). Har bir antijenik ketma-ketlik mustahkamlik uchun 17 aminokislotadan iborat. Biz BIOSUM50 matritsasidan foydalangan holda ikkita ketma-ketlik o'rtasidagi optimal moslashuvni topadigan va Henilkoff va Henikoff moslashuvida ikkita ketma-ketlik qanchalik o'xshashligini aks ettiruvchi ballni qaytaradigan standart mahalliy MATLAB funktsiyasidan foydalangan holda B hujayrasi va antijen o'rtasidagi yaqinlik ko'rsatkichini simulyatsiya qilamiz, 1992 yil. Oddiylik uchun biz ushbu ballni B hujayra retseptorlari va antigen o'rtasidagi yaqinlik o'lchovi sifatida ishlatamiz, lekin bu B hujayra retseptorlari va antifon o'rtasidagi murakkabroq strukturaviy muvofiqlikning taxminiy taxminiy ekanligini unutmang.

AM paytida B hujayraning mutatsiyalari kodon bo'shlig'ida modellashtiriladi, bu erda B hujayra retseptorlari kodonlari 61 kodon imkoniyatlaridan biri bilan almashtiriladi. SHM B hujayralarini bitta nukleotid darajasida mutatsiyaga uchratganda, kodon bo'shlig'ida ishlash bema'ni B hujayra retseptorlari ketma-ketligini filtrlashning qo'shimcha murakkabligini oldini oladi. Kodonlarni almashtirishdan tashqari, B hujayra retseptorlari ketma-ketligidagi kodonlarni kiritish yoki o'chirish mumkin. Odamlarda kuzatilgan har bir turdagi mutatsiyalar tezligiga qarab, boshqa kodonga almashtirishdan ko'ra, kiritish va o'chirish ehtimoli kamroq (Gibbs va boshq., 2003; 1000 Genomlar Loyihasi Konsortsiumi va boshqalar, 2015; Zia va Moses, 2011). Har bir B hujayra retseptorini belgilaydigan kodonlar tasodifiy mutatsiyaga uchragan holda tanlanadi, ammo biz C sitozinlarini o'z ichiga olgan kodonlarni sitozinsiz kodonlarga qaraganda 1 baravar ko'proq mutatsiyaga uchraganiga taqlid qilamiz, bu nukleotidlar ketma-ketligi motivlariga biologik moyillikni aks ettiradi (Martin va boshq. , 2015; Stavnezer, 2011; Chen va MakKarti, 2017; Keim va boshq., 2013). Biz, shuningdek, kodonlar o'rtasida o'tish moyilligini qo'yamiz, bu BLOSUM50 matritsasidan olingan o'zgaruvchanlik matritsasi asosida ba'zi almashtirishlarni boshqalarga qaraganda ko'proq qiladi (Henikoff va Henikoff, 1992; Veerassamy va boshq., 2003).

Antigenga (birlamchi javob) birlamchi adaptiv immun javobni dastlabki simulyatsiya qilish uchun biz tasodifiy ravishda B hujayra repertuaridan 50 ta sodda B hujayralarini 10 ta soddadan 000 eng yuqori 1,000 ichidan tanlaymiz. Ushbu antigenga yaqinlik nuqtai nazaridan B hujayra repertuari. Bu TFH hujayralari tomonidan germinal markazlarga qisman yaqinlik bilan sodda B hujayralarini jalb qilishni aks ettiradi (Mesin va boshq., 2016; Tas va boshq., 2016). Ushbu 50 ta "asoschi" B hujayralari 20 marta takrorlanadi va germinal markazning shakllanishi o'sish davrini aks ettiruvchi 1000 hujayradan iborat germinal markaz populyatsiyasini hosil qiladi (Amitai va boshq., 2017). Simulyatsiyaning har bir iteratsiyasi uchun proliferatsiya uchun 50 ta B hujayralari va olib tashlash uchun 50 ta B hujayralari tanlanadi. Yuqori yaqinlikdagi B hujayralari ko'payish uchun yuqori tanlov ehtimoliga ega, pastroq yaqinlikdagi B hujayralari esa olib tashlash uchun ko'proq tanlov ehtimoliga ega. Proliferatsiya uchun tanlangan B hujayralari takrorlanadi va mutatsiyaga uchraydi, bu iteratsiya davomida tanlangan barcha B hujayralari o'rnini bosadi. Bu jarayon TFH hujayralarining yordami yo'qligidan past yaqinlikdagi B hujayralarining apoptoziga taqlid qiladi va TFH hujayralari tomonidan tanlanganidan keyin yuqori affifinli B hujayralarining ko'payishi. Ushbu mutatsiyalar B hujayra retseptorlarining yaqinligini oshirish, kamaytirish yoki hech qanday ta'sir ko'rsatish imkoniyatiga ega. Biz, shuningdek, zarar etkazuvchi yoki potentsial xavfli mutatsiyalar tufayli salbiy tanlov jarayonini taqlid qilib, ma'lum bir iteratsiyada mutatsiyalar yuzaga kelishi mumkin bo'lgan cheklovlarni qo'yamiz. Bu butun jarayon 100 dan ortiq iteratsiyani takrorlaydi.

Simulyatsiya 1 va 2 uchun asos sifatida biz birlamchi javob simulyatsiyasining birinchi yarmida simulyatsiya qilingan xotira B hujayralari sifatida 50 ta hujayra ajratamiz Hujayralar germinal markaz B hujayralarining yuqori 25-persentilidan tasodifiy tanlanadi. Plazma B hujayralarini ifodalash uchun birlamchi javobning eng oxirida yana 50 ta hujayra tanlanadi, bu hujayralar antigenga eng yuqori 50 yaqinlik ballini namoyish etadi. Bu 1-algoritmdan biroz chetga chiqishni aks ettiradi, chunki biz to priori chegarani bilmaymiz. Biz birlamchi javob oxirida tanlangan plazma hujayralarining yaqinligi asosida ikkilamchi javob uchun t ni o'rnatamiz. Kutilganidek, simulyatsiya qilingan xotira B hujayralari plazma B hujayralari bilan solishtirganda antigenga nisbatan pastroq, ammo sodda B hujayralarining dastlabki to'plamidan yuqoriroqdir.

Ikkilamchi javob uchun antigenning taqlid qilingan mutatsiyalari har qanday kodonni boshqasiga (shu jumladan, o'zi ham, ya'ni no-op) bir xil tasodifiy almashinishidan olingan bo'lib, bu aminokislotalar bo'yicha bir xil bo'lmagan taqsimotni yaratadi. ba'zi aminokislotalar bir nechta kodonlar bilan kodlangan. Antigen mutatsiyalari, shuningdek, har qanday kodonga teng ehtimollik bilan kodonlarni kiritish yoki o'chirishni ham o'z ichiga olishi mumkin.

4.2. Simulyatsiya 1: Mutatsiyaga uchragan antigenga yaqinlik

Ikkilamchi infektsiya mutatsiyaga uchragan antigen yoki tegishli patogenga o'xshash antigenni o'z ichiga olishi mumkin. Biz antijenik ketma-ketlikda qarama-qarshi mutatsiyalarni keltirib chiqarish orqali antigendagi o'zgarishlarni birlamchi infektsiyadan ikkilamchi infektsiyaga taqlid qilamiz. Birinchidan, biz a antijeni ketma-ketligining 1,000 bir xil tasodifiy mutatsiyalarini hosil qilamiz. Tasodifiy mutatsiyalar har qanday aminokislotalarni boshqasiga almashtirish, har qanday aminokislota qo'shilishi yoki aminokislotalarni yo'q qilish bo'lishi mumkin. Ushbu nomzod mutatsiyalardan biz potentsial xavfli ikkilamchi infektsiyani qiyinroq mutatsiyadan kelib chiqishi mumkinligini aks ettirish uchun birlamchi javobdagi 50 ta plazma B hujayralari to'plamiga eng past o'rtacha yaqinlikka ega bo'lgan (eng yomon holat) saqlaymiz. K mutatsiyasiga ega antigen hosil qilish uchun bu tasodifiy jarayonni jami K marta takrorlaymiz. Biz o'sha raqib antijenini P ning eng yomon amalga oshirilishi deb qabul qilamiz; nomzod mutatsiyalaridan.

Keyin biz turli xil B hujayra populyatsiyalarini (4) gipoteza qilingan maqsadi bo'yicha sinab ko'ramiz. 3-rasmda K=1 mutatsiyalari bilan borgan sari mutatsiyaga uchragan antijenler (tovuq ovalbumini, sigir suti va bug'doy) o'rtasidagi o'rtacha yaqinlik ko'rsatilgan. Birlamchi javob oxirida turli xil hujayra populyatsiyalari uchun 10 o'rtacha 100 dan ortiq mustaqil yugurishni tashkil etdi (Honma va boshqalar, 1996; Liu va Sathe, 2018). 3-rasm shuni ko'rsatadiki, bizning taqlid qilingan plazma B hujayralari kam sonli raqib mutatsiyalari uchun (4) maksimallashtirish uchun eng yaxshi tanlovdir, bizning simulyatsiya qilingan xotira B hujayralari ~2-6 mutatsiyalar orasida eng yaxshi tanlovdir va sodda B hujayralari eng yaxshisidir. ko'p mutatsiyalardan keyin (7 plyus). Bizning simulyatsiyalarimiz ma'lum o'tish nuqtalari mazmunli bo'lishi uchun juda soddalashtirilgan, ammo biz ular plazma B hujayralarining mutatsiyaga uchragan antigenlarni aniqlash uchun maqbul emasligi haqida kuchli dalillarni keltiramiz. Bu yana mutatsiyalar bo'shlig'ida B xotira hujayralari plazma B hujayralari yoki sodda B hujayralaridan ko'ra foydaliroq bo'lgan ba'zi mintaqalar mavjudligini ko'rsatishi mumkin.

Biz plazma B hujayralari mutatsiyaga uchragan antigenlarga har doim ham eng yuqori yaqinlikka ega emasligi xotira B hujayralari va sodda B hujayralarining xilma-xilligi bilan bog'liq deb taxmin qilamiz. Mutatsiyalar DNK bo'shlig'ida sodir bo'lsa-da, tegishli xilma-xillik antigenga yaqinlikni belgilaydigan nochiziqli jismoniy va biokimyoviy bo'shliqda bo'ladi. Har bir to'plamdagi BLOSUM juftlik o'xshashligidan foydalangan holda har bir populyatsiyadagi B hujayralari xilma-xilligini taxminan o'lchash sezilarli xilma-xillik farqlarini ko'rsatadi, plazma B hujayralari o'rtacha to'plam ichidagi BLOSUM o'xshashligi 46 ga, xotira B hujayralari esa to'plam ichida o'rtacha ancha pastroq. BLOSUM o'xshashligi ~27 va sodda B hujayralari o'rnatilgan BLOSUM o'xshashligidan ham pastroq - 9 (vakillik birlamchi javobdan).

4.3. Simulyatsiya 2: Ikkilamchi javob plazma B hujayralarini tayyorlash uchun zarur bo'lgan mutatsiyalar

Ushbu simulyatsiyada biz uch turdagi B hujayralarining ikkilamchi javob germinal markazi uchun urug' sifatida qanchalik yaxshi ishlashini solishtiramiz. Biz mutatsiyaga uchragan antigenga yuqori yaqinlik uchun optimallashtirilgan plazma B hujayralarining yangi to'plamining ikkilamchi javob mashg'ulotlarini taqlid qilamiz (simulyatsiya 1da tasvirlangan). Ikkilamchi javob plazma B hujayralarini optimallashtirishni uchta variantdan biri bilan ishga tushiramiz: (i) asl antigen a uchun asosiy javobgarlikda hosil bo'lgan N=50 plazma B hujayralari, (ii) N=50 xotira Asl antigen a yoki (i)N=50 sodda B hujayralari uchun asosiy javobgarlikda hosil bo'lgan B hujayralari. Biz germinal markazni birlamchi javobga o'xshash tarzda to'ldiramiz, yangi asoschi hujayralar sifatida 50 ta B hujayralarining uchta to'plamidan foydalanamiz. Birlamchi javobda bo'lgani kabi, sodda B hujayralari tasodifiydir, ammo germinal markazga jalb qilishni taqlid qilish uchun hozirda mutatsiyaga uchragan antigenga dastlabki yaqinlikka ega bo'lish uchun tanlangan. Ushbu uchta ikkilamchi javob germinal markazlarining har biri birlamchi javob bilan bir xil tarzda AM dan o'tadi.

4-rasmda bir xil asosiy javob va sigir suti antijenidagi bir xil K=1.....10 mutatsiyalar hisobga olingan holda bir nechta ikkilamchi javob simulyatsiyalarining namunaviy misollari keltirilgan (Liu va Sathe, 2018). . Xususan, u ikkilamchi javoblarda 100 iteratsiyadan ortiq 0,05% eng yuqori afinitetli hujayralarning o'rtacha yaqinligini ko'rsatadi.4-rasm faqat bitta yoki ikkita antigen mutatsiyasi uchun plazma B hujayralari mutatsiyaga uchragan antigenga eng yuqori boshlang'ich yaqinlikka ega bo'lishini ta'kidlaydi. Uch yoki undan ortiq qarama-qarshi mutatsiyalar uchun sodda va xotira B hujayralari birlamchi javob plazma B hujayralariga qaraganda ikkilamchi javob uchun yaxshiroq boshlang'ich shartlardir va kamroq iteratsiyalarda t ga yaqinlikka erishadi (4 va 5-rasm). Qanday qilib olingan ikkilamchi javob sodda B hujayralari antigen yetarli darajada mutatsiyaga uchraganidan so'ng, birlamchi javob plazma B hujayrasi yoki xotira B hujayralariga qaraganda mutatsiyaga uchragan antigenga nisbatan yuqori boshlang'ich yaqinlikka ega bo'ladi. Bu kutilgan edi, lekin biz ikkilamchi javobning birinchi iteratsiyasida sodda B hujayralari eng yuqori yaqinlikka ega bo'lishi uchun qancha mutatsiyalar talab qilinganidan hayratda qoldik. Anavi. yangi antigendagi nisbatan kam sonli kodon mutatsiyalari uchun biz sodda repertuardan birinchi navbatda B hujayralari bilan ikkilamchi javobni ekish foydali strategiya ekanligi haqida empirik dalillarni topamiz. Mutatsion fazoda biz birlamchi javobdan olingan xotira B hujayralari ikkilamchi javobning birinchi iteratsiyasida doimiy ravishda eng yuqori yaqinlikka ega bo'lgan hududni taqlid qila olmadik, ehtimol simulyatsiya qilingan ikkilamchi javoblar orasidagi sezilarli o'zgarishlar tufayli.

Xuddi shunday, 5-rasmda plazma, xotira va sodda B hujayralari uchun barcha uchta antijen uchun umumiy ikkilamchi javob simulyatsiyalariga erishish uchun o'rtacha iteratsiyalar soni ko'rsatilgan. Eshik t ga erishilgan iteratsiya soni har bir antigen uchun asosiy javobgarlikning 50 ta mustaqil simulyatsiyasi uchun barcha ikkilamchi javob simulyatsiyalari bo'yicha o'rtacha hisoblanadi. Shunga qaramay, bizning simulyatsiyalarimiz mutatsiyalar maydonini ko'rsatmadi, bu erda xotira B hujayralari doimiy ravishda eng yaxshi issiq boshlash shartlari edi. Biz buni simulyatsiyamizning bir nechta takomillashtirishlarida davom etishini aniqladik, bu topilma juda qo'pol simulyatsiya artefakti bo'lmasligi mumkin. Biz taxmin qilamizki, bu ikkilamchi germinal markaz uchun sodda B hujayralarining tanlanishi mutatsiyaga uchragan antigenga (birlamchi javob simulyatsiyasida tasvirlanganidek) boshlang'ich yaqinlikka ega bo'lishi bilan bog'liq. Ya'ni, 4-rasmdagi sodda B hujayralari a ga dastlabki yaqinlik uchun tanlanadi, sodda B hujayralaridan olingan xotira va plazma B hujayralari esa asl antijen aga qandaydir boshlang'ich yaqinlikka ega bo'lishi uchun tanlanadi (3-rasm). Biz dastlab sodda hujayralarni tanlashga bo'lgan yaqinligimiz juda kuchli ekanligiga shubha qildik, ammo sodda va xotira B hujayralari yangi plazma B hujayralarini yaratish uchun eng yaxshi imkoniyatga ega bo'lish uchun haqiqiy ikkilamchi germinal markazlarda bir vaqtning o'zida to'planadi. Darhaqiqat, yaqinda o'tkazilgan eksperimental dalillar shuni ko'rsatadiki, ikkilamchi javob germinal markazlari ilgari o'ylangandan ko'ra ko'proq sodda B hujayralaridan iborat (Mesin va boshqalar, 2020). Bundan tashqari, antigen mutatsion rejimi mavjud bo'lishi mumkin, buning uchun xotira B hujayralari haqiqatan ham issiq boshlash uchun sodda B hujayralaridan ko'ra samaraliroq bo'ladi, ammo bizning simulyatsiyalarimiz uni qo'lga kiritish uchun etarlicha real emas edi.

Biz shuni ta'kidlaymizki, ikkilamchi javob simulyatsiyalari ko'pincha mos keladigan asosiy simulyatsiyadan t yaqinlik chegarasiga erishish uchun 100 dan ortiq iteratsiyani oladi. Fg.5 da t ga erishish uchun o'rtacha takrorlash sonini hisoblashda biz bu holatlarni maksimal takrorlash soni 100 ga o'rnatamiz. Bu hodisa d ning qarama-qarshi mutatsiyalari simulyatsiya qilingan germinal markaz uchun qiyinroq muammo yaratishi mumkinligi sababli yuzaga keladi, deb taxmin qilamiz. hal qilish. Ya'ni, mutatsiyalar antigenning o'z yashash maqsadlari natijasida mutatsiya ehtimoli bo'shlig'idagi potentsial zaif joylarga qaratilgan bo'lishi mumkin.

5. Xulosa va ochiq savollar

Biz xotira B hujayralarining ikkilamchi rolini ikkita maqsad (4) va (5) bilan qo'lga kiritish mumkinligini va bu maqsadlar (1) uchun o'qitilgan plazma B hujayralarini nusxalash orqali yaxshi optimallashtirilmasligini taxmin qildik. asl antijenni haddan tashqari moslashtirish. Bizning simulyatsiyalarimiz cheklangan bo'lsa-da, antigen etarli darajada raqib mutatsiyalarini boshdan kechirgandan so'ng plazma B hujayralari optimallashmasligi (4) yoki (5) bo'lmasligi haqida kuchli dalillarni taqdim etadi. Bizning fikrimizcha, plazma B hujayralarining mutatsiyaga uchragan antijenlarga nisbatan bu sub-optimalligi xotira B hujayralari uchun ishlatiladigan turli xil tanlash mexanizmlari uchun rol o'ynaydi.

Bizning simulyatsiyalarimiz antigen mutatsiyalarining cheklangan diapazonini ko'rsatadi, ular orqali bizning taqlid qilingan xotira B hujayralari optimal bo'lishi mumkin; muhim mutatsiyalar uchun biz tasodifiy sodda B hujayralari yanada yaxshi ishlashi mumkinligini ko'rsatamiz. Biologik nuqtai nazardan, bu xulosa ikkilamchi adaptiv immunitet reaktsiyalari bo'yicha so'nggi topilmalar bilan qo'llab-quvvatlanadi, bu erda sodda B hujayralari ikkilamchi germinal markazlarda B hujayralarining katta qismini tashkil qiladi (Mesin va boshqalar, 2020). Buning o'rniga, xotira B hujayralari ko'pincha keyingi somatik gipermutatsiyaga uchramasdan, to'g'ridan-to'g'ri plazma B hujayralariga ajralish uchun ishlatiladi (Mesin va boshqalar, 2020). Plazma B hujayralari bir martalik yechim bo'lib, hozirgi antigenga juda mos keladi. Xotira B hujayralari o'xshash xususiyatlarga ega bo'lajak antijenlarni tanib olish uchun tanada saqlanadigan joriy antigenga ko'proq taxminiy yechim beradi. Agar kelajakdagi antijen immunitet tizimi tomonidan ilgari duch kelganidan shunchalik farq qilsa, hech qanday xotira B hujayralari uni aniqlay olmasa, sodda B hujayralari yordamida noldan yangi eritma hosil bo'ladi.

Xotira B hujayralari ikkita rol o'ynaydi, ikkalasi ham plazma B hujayralariga ajralib, germinal markazlarni qayta ishga tushiradi, ammo bu rollarni alohida subpopulyatsiyalar o'ynashi mumkin (Dogan va boshq. 2009; Weisel va Shlomchik, 2017). Xotira B-hujayralarining ushbu alohida subpopulyatsiyalari aniq AM jarayonlari yoki AM jarayonidagi AM vaqt oralig'idagi o'zgarishlar natijasida yuzaga kelgan bo'lishi mumkin, biz buni 1-algoritmimizda aniq modellashtirmaganmiz (Vaysel va boshq., 2016). Shunday qilib, (4) va (5) dagi ikkita xotira B hujayra maqsadimiz mustaqil xotira B hujayra populyatsiyalariga tegishli bo'lishi mumkin. Bu erda biz B xotira hujayralari birlashgan guruh hisoblangan soddalashtirilgan modelni o'rganib chiqdik. Biroq, biz simulyatsiyalar orqali ikkilamchi germinal javobni qayta boshlash uchun xotira B hujayralari ikkilamchi sodda B hujayralaridan yaxshiroq bo'lgan rejimni ko'rsata olmadik. Natijalarimiz shuni ko'rsatadiki, bu qayta ishga tushirish vazifasi xotira B hujayralarining zaifroq yoki kamroq roli bo'lishi mumkin. Ushbu natijalar xuddi shunday qayd etilgan xotira B hujayralari ikkilamchi germinal markazlarda ilgari taxmin qilinganidan ko'ra kamroq tarqalganligi haqidagi so'nggi eksperimental dalillarga mos keladi (Mesin va boshq., 2020). Biroq, xotira B hujayralari har doim ham ikkilamchi javob uchun kerak bo'lmasa ham, ba'zi hollarda ular issiq boshlash uchun juda muhim bo'lishi mumkin, bu esa hali ham ularni tanlash jarayoniga evolyutsion bosim o'tkazishi mumkin. Tabiatda xotira B hujayralarini tanlashga evolyutsion bosimlar noma'lum, ammo hisoblash simulyatsiyalari va biologik tajribalar integratsiyasi orqali aniqlanishi mumkin. Affifinlik kamolotida B hujayralarining yaqinligini faol ravishda kuzatish, shuningdek, GC B hujayralari qachon va nima uchun xotira B hujayralariga aylanishini aniqlash kelajakda aniqroq va murakkab modellarni ishlab chiqishga yordam beradi.