Die Immunantwort hängt von der Mathematik der schmalen entweicht: Die Form von Zellen des Immunsystems spielt wichtige Rolle im erkennen von Eindringlingen

Der Weg Immunzellen pick Freunden, vor Feinden kann beschrieben werden durch ein klassisches Mathe-puzzle-bekannt als die „narrow escape problem.“

Das ist eine wichtige Feststellung, die sich aus einer internationalen Zusammenarbeit zwischen Biologen, Immunologen und Mathematiker, veröffentlicht in der Zeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences.

Das narrow escape problem ist ein framework oft angewendet in der Zellbiologie. Es sezt sich zufällig bewegenden Teilchen gefangen in einem Raum mit nur einem kleinen Ausgang, und berechnet die Durchschnittliche Zeit, die dafür jeweils benötigt, um zu entkommen.

„Dies ist eine neue Anwendung für einige bekannte Gleichungen“, sagt co-Autor Justin Tzou von der Macquarie-Universität Abteilung Mathematik und Statistik.

Tzou arbeitete mit Kollegen an den Universitäten von Oxford und Cambridge in Großbritannien, der University of British Columbia in Kanada, und der Universität Skövde in Schweden zu analysieren, wie potentielle Krankheitserreger werden nachgewiesen durch T-Zellen, die Identifizierung und Angriff Invasoren. Die Forscher entdeckten, dass die verwendeten Gleichungen in die schmale Flucht Problems spielen eine wichtige Rolle bei der Bestimmung, ob eine Immunantwort ausgelöst wird.

„Die narrow escape problem erweist sich ein Naher verwandter der situation mit der T-Zell-Rezeptoren,“ Justin sagt. „Es ist über die Bestimmung, wie lange eine streuende Teilchen bleibt in einer bestimmten region vor der Flucht.“

Die einzigartige Form der T-Zellen schafft, was wurde als „close-contact-zone“ für die Auslösung von Molekülen, den sogenannten T-Zell-Rezeptoren. Im Gegensatz zu den meisten Zellen, die relativ glatte Oberflächen, die T-Zellen bedeckt, Rüschen, Beulen und andere Vorsprünge.

Wissenschaftler haben für eine lange Zeit bekannt, dass T-Zell-rezeptor-Moleküle sitzen auf der Oberfläche der Zellen zu erkennen, Feinde und lösen eine feindselige Reaktion.

Die Rezeptoren enthalten, die molekulare Muster, die Spiegel gefunden auf den Oberflächen der Bakterien, Tumore und andere gefährliche Eindringlinge. Aber wie genau der Prozess der Erkennung und Auslösung funktioniert-und vor allem wie es funktioniert so schnell und genau-Sie hat ein Geheimnis gewesen.

Die Forscher glauben, dass die ungewöhnlich knotigen Form der T-Zelle eine wichtige Rolle spielt.

Die Vorsprünge auf der Oberfläche bedeuten, dass eine Fläche von Kontakt mit einem potenziellen Feind Zelle ist sehr klein-nur ein paar hundert Nanometer groß sind, oder ein tausend mal kleiner als die Breite eines menschlichen Haares.

Und nach der neuen Theorie, der T-Zell-Rezeptoren folgt eine zwei-Sekunden-Regel: wenn Sie verbringen mehr als zwei Sekunden in der kleinen zone Kontakt, ein chemischer Prozess, der beginnt, alarm zu schlagen und einen Angriff auslösen.

Die Größe der Kontaktzone abhängig von der Größe der Unebenheiten auf der Oberfläche der T-Zelle.

„Je kleiner die zone, desto weniger wahrscheinlich ist die T-Zell-rezeptor ist in der Lage zu bleiben in dieser zone durch Zufall, dass ein Angriff,“ Justin sagt. „Es sieht aus wie die Größe dieser Vorsprünge hält der Prozess empfindlich auf die Anwesenheit der Invasoren.“

Die Forscher hoffen, dass Ihre Arbeit liefern neue Einblicke in Immundefiziten und auto-immun-Bedingungen, bei denen das Immunsystem wendet sich gegen körpereigene Zellen.