Βλεννογονική ανοσοσφαιρίνη:Ένα σημαντικό εργαλείο στο οσφρητικό όργανο των ψαριών Teleost για την καταπολέμηση του πρωτόζωου, Ichthyophthirius multifiliis
Η όσφρηση είναι μια πολύ σημαντική χημειοαντίληψη που σχηματίζει την αίσθηση της όσφρησης στα ζώα. Τα χερσαία ζώα μπορούν να ανιχνεύσουν χαμηλές συγκεντρώσεις αερομεταφερόμενων, πτητικών χημικών ουσιών χάρη στο οσφρητικό σύστημα για να επιτύχουν την αναγνώριση ομοειδών, αρπακτικών και θηραμάτων. Είναι σημαντικό ότι ακόμη και ορισμένες λειτουργίες όπως οι αναπαραγωγικές λειτουργίες, η νευροενδοκρινική ρύθμιση, οι συναισθηματικές αντιδράσεις και η επιθετικότητα συνδέονται με την όσφρηση. Ως εξωτερικό όργανο, το οσφρητικό όργανο των ζώων διεγείρεται συνεχώς από ορισμένους μικροοργανισμούς συμπεριλαμβανομένων των παθογόνων στον αέρα. Έτσι, τα οσφρητικά όργανα σχηματίζουν έναν μοναδικό αμυντικό μηχανισμό που τους επιτρέπει να ολοκληρώσουν την οσφρητική λειτουργία και να αποφύγουν την εισβολή οποιωνδήποτε παθογόνων, τα οποία ονομάζονται λεμφοειδής ιστός που σχετίζεται με τη μύτη (NALT).
Τα ψάρια, που ανήκουν σε πρώιμα σπονδυλωτά και ζουν σε υδάτινο περιβάλλον, βασίζονται επίσης στην όσφρησή τους για να πραγματοποιήσουν πολλές ζωτικές δραστηριότητες, όπως η αίσθηση του κινδύνου, η συμπεριφορά διατροφής κ.λπ. Ωστόσο, διαφορετικά από τα χερσαία ζώα, για να λάβουν ένα οσφρητικό σήμα, τα ψάρια πρέπει να είναι σε θέση να εισπνέει νερό που περιέχει διαλυμένες χημικές ουσίες, πράγμα που σημαίνει ότι το όργανο της όσφρησης μπορεί να υποφέρει από πολλές περισσότερες απειλές από το εξωτερικό περιβάλλον του νερού. Ως εκ τούτου, ένα ενδιαφέρον επιστημονικό ερώτημα είναι εάν το NALT ψαριών καταφέρνει να σχηματίσει το ανοσοποιητικό αμυντικό φράγμα για την καταπολέμηση των παθογόνων.
Γνωρίζαμε από προηγούμενες έρευνες ότι η μύτη των ψαριών είναι έλλειψη οργανωμένων λεμφοειδών δομών (αδενοειδείς εκβλαστήσεις και αμυγδαλές), αλλά το NALT υπάρχει σε αυτό το οσφρητικό όργανο, το οποίο είναι ένας αρχαίος ανοσοποιητικός ιστός του βλεννογόνου. Είναι ενδιαφέρον ότι το NALT χρησιμεύει ως επαγωγική θέση του βλεννογόνου για την IgA για την προστασία του οργάνου-ξενιστή στους ανθρώπους καθώς και στα τρωκτικά. τοπικές ανοσοαποκρίσεις του βλεννογόνου προκλήθηκαν στην οσφρητική επιφάνεια όταν προκλήθηκαν με παθογόνα. Ωστόσο, παρόλο που έχουν παρατηρηθεί Β κύτταρα και ανοσοσφαιρίνες (Igs) στη μύτη του ψαριού, υπάρχουν ορισμένα αναπάντητα ερωτήματα σχετικά με τον ανοσοποιητικό μηχανισμό που απαιτείται για τη διερεύνηση στα ψάρια — για παράδειγμα, μετά την παθογόνο λοίμωξη, εάν και ποια ρινική ανοσοσφαιρίνη παίζει ρόλο στην άμυνα έναντι του παθογόνου. Επιπλέον, πώς παρήχθη στον ρινικό βλεννογόνο, μέσω τοπικής δημιουργίας ή μετανάστευσης από τον ιστό του συστήματος;
Για να αντιμετωπίσουμε αυτά τα ερωτήματα, πρέπει πρώτα να επιλέξουμε ένα μοντέλο παθογόνου μόλυνσης στα ψάρια. Είναι γνωστό ότι οι λοιμώξεις από πρωτόζωα είναι το πιο κοινό παράσιτο των ψαριών του γλυκού και θαλάσσιου νερού και μερικά από αυτά, όπως το Ichthyophthirius multifiliis (Ich) προκαλούν τις πιο κοινές και επίμονες ασθένειες γνωστές ως νόσος της λευκής κηλίδας. Λόγω του γρήγορου αναπαραγωγικού κύκλου και των μοναδικών σταδίων ζωής του (Εικόνα 1), το Ich μπορεί εύκολα να μολύνει ένα ψάρι και να εξαπλωθεί γρήγορα σε άλλα, προκαλώντας τεράστια οικονομική απώλεια στη βιομηχανία ψαριών. Είναι ενδιαφέρον ότι χρησιμοποιούμε το Ich για να μολύνουμε την πέστροφα ουράνιου τόξου (Oncorhynchus mykiss), το οσφρητικό όργανο αντιπροσωπεύει έναν από τους κύριους στόχους αυτού του παρασίτου, όπως φαίνεται με την απόδειξη ότι ανιχνεύθηκε υψηλό φορτίο παρασίτου στο οσφρητικό όργανο του ψαριού. Επομένως, το Ich θα είναι ένα ιδανικό παθογόνο για μόλυνση για τη μελέτη του ρόλου των ανοσοσφαιρινών του βλεννογόνου στο οσφρητικό όργανο.
Μέχρι στιγμής, τρεις κατηγορίες Ig - IgM, IgD και IgT/Z - έχουν εντοπιστεί στα ψάρια. Η IgM είναι η κύρια Ig στον ορό και παίζει καθοριστικό ρόλο στις συστηματικές ανοσολογικές αποκρίσεις. Για το IgD, η μόνη λειτουργία που βρέθηκε μέχρι στιγμής ήταν ότι μπορεί να επικαλύψει κάποια μικροχλωρίδα στην επιφάνεια του βλεννογόνου, υποδεικνύοντας ότι μπορεί να παίζει ρόλο στην ομοιόσταση της μικροχλωρίδας. Το IgT (που ονομάζεται επίσης IgZ σε ορισμένα είδη) έχει εντοπιστεί στα ψάρια τελεοστού από το 2005, η λειτουργία παρόμοια με την IgA στα θηλαστικά, τα οποία παίζουν εξειδικευμένο ρόλο στο έντερο και το δέρμα. και ανοσία του βλεννογόνου των βραγχίων.
Στην εργασία μας, χρησιμοποιήσαμε western blot και ανοσοφθορισμό για να ανιχνεύσουμε ότι η συγκέντρωση IgT αλλά όχι IgM ή IgD αυξήθηκε στη ρινική βλέννα μετά από μόλυνση Ich, συσχετιζόμενος με μεγάλη συσσώρευση IgT+ αλλά όχι IgM+ Β κυττάρων στα οσφρητικά όργανα του ίδιου ψαριού. που έδειξε ότι η IgT μπορεί να είναι η κύρια Ig στον ρινικό βλεννογόνο που υπερασπίζεται την Ich και η αύξηση της IgT είναι πολύ πιθανό να δημιουργείται από τα IgT+ Β κύτταρα που συσσωρεύονται στο βέλτιστο του οσφρητικού οργάνου. Επιπλέον, βρήκαμε υψηλούς τίτλους ειδικής IgT προς Ich στη ρινική βλέννα μολυσμένων ψαριών και ψαριών επιβίωσης και παρατηρήσαμε ότι οι περισσότερες επιφάνειες Ich στον ρινικό βλεννογόνο των μολυσμένων ψαριών ήταν καλυμμένες από μια εντυπωσιακή αφθονία IgT, πολύ χαμηλότερη IgM και IgD (Εικόνα 2). Αυτά τα αποτελέσματα καταδεικνύουν ότι ισχυρή απόκριση IgT εμφανίστηκε στο τοπικό οσφρητικό περιβάλλον και ότι η ειδική IgM συμμετείχε στη συστημική ανοσία. Αυτό μας οδηγεί να συμπεράνουμε ότι τα ψάρια που επέζησαν σχημάτισαν τη μόλυνση Ich, η οποία είναι δύσκολο να μολυνθεί εκ νέου, ίσως λόγω της υψηλής ειδικής IgT Ig στη βλέννα.
Για να προσδιορίσουμε περαιτέρω ότι η ειδική IgT παράγεται τοπικά αλλά δεν μεταφέρεται από συστηματικά λεμφοειδή όργανα, καλλιεργήσαμε τα εκφυτεύματα οσφρητικού οργάνου και συστημικών ιστών για 7 ημέρες in vitro και μετρήσαμε ξανά τους τίτλους Igs για τα παράσιτα από το μέσο, αντίστοιχα. Υψηλή ειδική για παράσιτο IgT παρατηρήθηκε στο μέσο των οσφρητικών οργάνων, ενώ ειδική για παράσιτο IgM βρέθηκε στο μέσο συστημικών ιστών όπως ο νεφρός της κεφαλής και ο σπλήνας. Είναι ενδιαφέρον ότι παρόμοια αποτελέσματα έχουν βρεθεί σε θηλαστικά. Η ειδική IgA παρήχθη τοπικά στον ρινικό βλεννογόνο μετά από μόλυνση με μικρό όγκο ιού γρίπης και παράσιτο Naegleria fowleri, αντίστοιχα. Έτσι, η IgT ψαριών που παράγεται τοπικά από IgT+ Β κύτταρα στον ρινικό βλεννογόνο διαδραματίζει ζωτικό ρόλο στο ρινικό προσαρμοστικό ανοσοποιητικό σύστημα, όπως το IgA στα θηλαστικά. Επιπρόσθετα, διαπιστώσαμε ότι οι αποκρίσεις πολλαπλασιασμού των Β-κυττάρων IgT+ ανιχνεύθηκαν στο οσφρητικό όργανο αλλά όχι στα συστηματικά ανοσοποιητικά όργανα (κεφαλικό νεφρό) του ίδιου ψαριού. Αυτό μας έδωσε την πρόταση ότι η συσσώρευση των Β-κυττάρων IgT+ στο οσφρητικό όργανο οφείλεται στον τοπικό πολλαπλασιασμό και όχι στη μετανάστευση από άλλα όργανα.
Είναι σημαντικό ότι τα πειράματά μας υποδεικνύουν ότι το NALT ψαριού είναι ένα σημαντικό βλεννογόνο επαγωγικό για την IgT και παρέχει τη βάση για μια ολοένα και πιο προηγμένη κατανόηση της μόλυνσης από παράσιτα, της παρουσίας αντιγόνου, της τοπικής ενεργοποίησης και πολλαπλασιασμού των Β-κυττάρων και η ειδική για παράσιτο παραγωγή IgT εμφανίζεται στο οσφρητικό όργανο τελεοστού ψαριού. Πιο κρίσιμα, αυτά τα ευρήματα μπορεί να υποδεικνύουν ότι ο ρινικός εμβολιασμός μπορεί να είναι ένας αποτελεσματικός τρόπος για την πρόληψη των υδρόβιων παρασιτικών ασθενειών.
