The importance of neutrophil unique features: segmented nucleus and Ly6G surface protein

Granulocyty obojętnochłonne, czyli neutrofile, są pierwszymi leukocytami rekrutowanymi do miejsc infekcji. Komórki te powstają w szpiku kostnym z hematopoetycznych komórek macierzystych i różnicują się w kolejne stadia aż osiągną dojrzałą formę pałeczkowatego neutrofila, który przechodzi do krwi. Cytoplazma neutrofili zawiera liczne ziarnistości, a obecne w nich białka odgrywają istotną rolę w fagocytozie i unieszkodliwianiu patogenów. Dojrzała forma neutrofila posiada charakterystyczne segmentowane jądro komórkowe, które od zawsze intrygowało badawczy. Ostatnie badania wskazują, że ma ono unikatowy skład otoczki jądrowej: charakteryzuje je wysoka ekspresja receptora dla laminy B, oraz lamin B2, a z drugiej strony zachodzi słaba ekspresja lamin A/C, lamin B1 oraz kompleksów LINC. Cechy te warunkują odkształcalność i plastyczność neutrofila, i obecnie uważa się, że ułatwiają one migrację tych komórek poprzez wąskie przerwy pomiędzy komórkami śródbłonka naczyniowego do tkanek. W pracy opisano szczegółowo unikatową budowę jądra komórkowego oraz otoczki, a także przedstawiono choroby występujące u osób z niedoborami ich elementów, z naciskiem na laminy. Oprócz charakterystycznego jądra, na powierzchni neutrofili występuje unikatowa cząsteczka Ly6G (u myszy; jej odpowiednik u człowieka to CD177), o niepoznanej dotąd roli. W pracy przedstawiono szczegóły jej budowy oraz eksperymenty jakie podjęto w celu wyjaśnienia ich funkcji, oraz płynące z nich wnioski. Wiadomo, że za pomocą selektywnych przeciwciał (klon 1A8) przeciwko temu białku neutrofile mogą być znakowane i badane z zastosowaniem mikroskopii, w tym przyżyciowej, a także usuwane z krążenia myszy w celu badania roli neutrofilii w różnych modelach chorób. Jednak badania z zastosowaniem 1A8 nie pozwoliły dotychczas wyjaśnić roli białka Ly6G. W pracy rozpatrywane są hipotezy dotyczące możliwego zaangażowania Ly6G w różnych procesach, oraz wyniki prac empirycznych.Choć neutrofile są jednymi z najważniejszych leukocytów, krytycznych dla przebiegu zapalenia, a zwłaszcza jego pierwszych etapów, niektóre aspekty ich budowy i biologii ciągle pozostają niewyjaśnione. Niniejsza praca ma na celu przedstawienie aktualnej wiedzy na temat dwóch unikatowych cech neutrofila, kształtu ich jądra komórkowego oraz białka powierzchniowego Ly6G.

Neutrophils are the first leukocytes to be recruited to the site of inflammation. The cells are formed in the bone marrow from hematopoietic stem cells and sequentially differentiate till they reach a mature form with a rod-like nucleus; the mature cells subsequently enter the bloodstream. The neutrophil cytoplasm contains numerous granules, and the proteins carried therein play a crucial role in phagocytizing and neutralizing pathogens. Any mature neutrophil is characterized by a unique segmented nucleus and its structure puzzled scientists for decades. The latest studies reveal that nuclear envelope has distinctive composition. There is high expression of lamin B receptor, and of lamin B2, but low expression of lamins A/C, B1 and LINC. These features determine the neutrophil’s deformability and plasticity, and are currently believed to facilitate migration of these cells through narrow gaps between endothelial cells into tissues. The thesis describes in details the unique structure of the neutrophil nucleus and its envelope, as well as outlies diseases that occur in individuals with deficiencies of their elements, with an emphasis on lamins.In addition to the characteristic nucleus, a unique molecule is expressed on neutrophil surface - Ly6G (in mice; its counterpart in human is known as CD177) with an unknown role. In the thesis, details on its structure are given. Moreover, studies undertaken to clarify its function are described in detail as well as their conclusions. It is clear now that using specific antibodies (1A8 clone) against Ly6G, neutrophils can be labelled and examined by microscopy, including intravital imaging, but the antibodies can also be used to deplete neutrophils from circulation to study the role of the cells in various disease models in mice. However, studies applying 1A8 did not reveal a role of Ly6G protein up till now. In the thesis, putative hypotheses are considered regarding a possible involvement of Ly6G in various biological processes, and the results of pioneering empirical studied are presented.Although neutrophils are one of the most important leukocyte populations, being critical for the course of inflammation, especially in its first stages, numerous aspects of their structure and biology still remain unknown. The aim of this thesis is to present current state of knowledge on two unique neutrophil features - the shape of their nuclei and surface protein Ly6G.