То, как крошечное морское беспозвоночное отличает свои клетки от клеток конкурентов, имеет поразительное сходство с иммунной системой человека, согласно новому исследованию, проведенному учеными Медицинской школы Университета Питтсбурга.
Выводы, опубликованные в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences , предполагают, что строительные блоки нашей иммунной системы развились намного раньше, чем считалось ранее, и могут помочь лучше понять отторжение трансплантата, что однажды приведет к разработке новых иммунотерапевтических средств.
«В течение десятилетий исследователи задавались вопросом, было ли самопознание морского существа под названием Hydractinia symbiolongicarpus сродни процессам, которые контролируют возможность успешной пересадки кусочка кожи от одного человека к другому», — сказал старший автор Мэтью Никтора, доктор философии. ., доцент кафедры хирургии и иммунологии в Институте трансплантологии Томаса Э. Старзла. «Наше исследование впервые показывает, что особая группа белков, называемая суперсемейством иммуноглобулинов, которая важна для адаптивного иммунитета у млекопитающих и других позвоночных, обнаружена у такого дальнего родственника».
Hydractinia symbiolongicarpus принадлежит к той же группе, что и медузы, кораллы и морские анемоны. С трубчатыми телами, украшенными щупальцами для ловли добычи, животные немного напоминают крошечные версии дурацких надувных человечков, танцующих возле автосалона. Они растут колониями, покрывая панцири раков-отшельников, как лишайник на камне.
«По мере того, как колонии растут и конкурируют за место на панцирях крабов, они часто сталкиваются друг с другом», — объясняет Никотра, который также является заместителем директора Центра эволюционной биологии и медицины в Медицинской школе Питта. «Если две колонии узнают друг друга как себя, они сливаются воедино. Но если они идентифицируют друг друга как не-я, колонии сражаются, выпуская гарпуноподобные структуры из специальных ячеек».
Никотра и его коллеги ранее идентифицировали два гена, названные Alr1 и Alr2, участвующие в системе Hydractinia «плавай или сражайся», но они предсказали, что это еще не все.
«Если представить, что перед нами раскинулся геном животного, то у нас был фонарик на этих двух маленьких точках, но мы не знали, что там еще есть», — сказал Никотра. «Теперь мы смогли секвенировать весь геном и осветить всю область вокруг этих генов. Оказывается, Alr1 и Alr2 являются частью огромного семейства генов».
В новом исследовании исследователи идентифицировали и секвенировали 41 ген Alr, которые образуют комплекс, который, вероятно, контролирует само- и не-самораспознавание у Hydractinia.
Затем команда хотела увидеть, как белки, которые кодируют гены Alr, сравниваются с белками, обнаруженными у позвоночных. До недавнего времени было почти невозможно точно предсказать трехмерную структуру белков на основе последовательности гена, но в 2021 году выпуск инструмента под названием AlphaFold изменил это положение.
Используя этот инструмент, исследователи сравнили структуру белков Alr с белками суперсемейства иммуноглобулинов (IgSF), важной группой, которая включает антитела и рецепторы на В- и Т-клетках иммунной системы. Белки IgSF имеют три характерных участка или домена, включая домен V-set.
«V» означает «переменная», — сказала Никотра. «Когда В- или Т-клетка становится специализированной для борьбы с конкретным патогеном, домены V-набора перестраиваются, образуя вариабельную последовательность, которую иммунная система использует для распознавания конкретных патогенов или клеток».
Никотра был удивлен, обнаружив, что домены в белках Alr имеют трехмерную структуру, удивительно похожую на домены V-set, даже несмотря на то, что им не хватает явных признаков, обычно обнаруживаемых в белках IgSF.
«Безусловно, это домены V-set», — пояснил он. «Они просто очень, очень странные».
До сих пор считалось, что домены V-множества возникли в ветви царства животных, известной как Bilateria. Эта группа возникла около 540 миллионов лет назад и включает в себя наиболее привычных нам животных, в том числе млекопитающих, насекомых, рыб, моллюсков и всех прочих с правосторонним и левосторонним расположением.
Обнаружение доменов V-набора у Hydractinia, которая является частью группы, появившейся ранее в эволюции животных, предполагает, что домены V-набора возникли дальше в эволюционном древе, чем считалось ранее.
Некоторые белки Alr также имели сигнатуры, связанные с передачей иммунных сигналов у других животных, что является еще одним признаком того, что этот белковый комплекс участвует в самораспознавании.
«Мы много знаем об иммунной системе млекопитающих и других позвоночных, но мы только коснулись иммунитета беспозвоночных», — сказал Никотра. «Мы думаем, что лучшее понимание иммунных сигналов у таких организмов, как Hydractinia, может в конечном итоге указать на альтернативные способы манипулирования этими сигнальными путями у пациентов с трансплантированными органами».
