Использование палеогеномики для объяснения 10 000-летней эволюции иммунной системы

Прочитано: 121 раз(а)


В 1950-х годах генетик Дж. Б. С. Холдейн объяснил сохранение или сохранение мутации, ответственной за аномалии в эритроцитах, обычно наблюдаемые в Африке, защитой, обеспечиваемой этими аномалиями от малярии, эндемической инфекции, уносящей миллионы жизней. Эта теория предполагала, что патогены являются одним из самых сильных факторов селективного давления, с которыми сталкиваются люди. Несколько популяционных генетических исследований впоследствии подтвердили эту теорию.

Но остались важные вопросы, особенно в отношении конкретных эпох, в течение которых селективное давление, оказываемое патогенами на человеческую популяцию , было наиболее сильным, и их влияние на современный риск развития воспалительных или аутоиммунных заболеваний.

Для решения этих вопросов ученые из Института Пастера, Парижского университета Сите, CNRS и Коллеж де Франс в сотрудничестве с Imagine Institute и Рокфеллеровским университетом (США) приняли подход, основанный на палеогеномике.

Эта дисциплина, изучающая ДНК из ископаемых останков, привела к крупным открытиям в области истории и эволюции человека и человеческих болезней, о чем свидетельствует решение о присуждении Нобелевской премии по физиологии и медицине 2022 года палеогенетику Сванте Паабо.

В исследовании под руководством Института Пастера, опубликованном 13 января в журнале Cell Genomics , ученые проанализировали изменчивость геномов более 2800 человек, живших в Европе за последние десять тысячелетий — период, охватывающий неолит, бронзу Эпоха, железный век, средние века и современность.

Воссоздав эволюцию сотен тысяч генетических мутаций с течением времени , ученые первоначально определили мутации , частота которых в Европе быстро увеличивалась, что указывает на их преимущества. Эти мутации, развившиеся в результате «положительного» естественного отбора, в основном локализованы в 89 генах, обогащенных функциями, связанными с врожденным иммунным ответом, особенно в генах OAS, отвечающих за противовирусную активность, и в гене, отвечающем за систему групп крови АВО.

Удивительно, но большинство этих событий положительного отбора, демонстрирующих генетическую адаптацию к патогенной среде, начались совсем недавно, с начала бронзового века, около 4500 лет назад. Ученые объясняют это «ускорение» адаптации ростом человеческой популяции в этот период и/или сильным селективным давлением, оказываемым патогенами в бронзовом веке, что, вероятно, связано с распространением тяжелых инфекционных заболеваний, таких как чума.

При этом ученые смотрели и на обратную ситуацию, иными словами, на мутации, частота которых значительно упала за последние десять тысячелетий. Эти мутации, вероятно, подвергаются «негативному» отбору, поскольку увеличивают риск заболевания.

Они отметили, что опять же, эти события отбора в основном начались в бронзовом веке. Многие из этих неблагоприятных мутаций также были локализованы в генах, связанных с врожденным иммунным ответом , таких как TYK2, LPB, TLR3 и IL23R, и в экспериментальных исследованиях было подтверждено, что они оказывают вредное воздействие с точки зрения риска инфекционных заболеваний. Результаты подчеркивают ценность применения эволюционного подхода в исследованиях генетической предрасположенности к инфекционным заболеваниям.

Наконец, ученые исследовали теорию о том, что отбор, осуществляемый патогенами в прошлом, давал преимущество аллелям, придающим устойчивость к инфекционным заболеваниям, но, в свою очередь, эти аллели в настоящее время повышают риск аутоиммунных или воспалительных заболеваний. Они исследовали несколько тысяч мутаций, которые, как известно, повышают восприимчивость, во-первых, к туберкулезу, гепатиту, ВИЧ или COVID-19, а во-вторых, к ревматоидному артриту, системной красной волчанке или воспалительным заболеваниям кишечника.

Изучая эволюцию этих мутаций с течением времени, они заметили, что мутации, связанные с повышенным риском воспалительных заболеваний, включая болезнь Крона, стали более частыми за последние 10 000 лет, в то время как частота мутаций, связанных с риском развития инфекционных заболеваний уменьшилось.

«Эти результаты свидетельствуют о том, что риск воспалительных заболеваний у европейцев увеличился со времен неолита из-за положительного отбора мутаций, повышающих устойчивость к инфекционным заболеваниям», — объясняет Луис Кинтана-Мурси, руководитель исследования и руководитель отдела эволюционной генетики человека. (Институт Пастера/CNRS Evolutionary Genomics, Modeling and Health Unit/Université Paris Cité).

Результаты исследования, в котором использовался огромный потенциал палеогеномики, показывают, что естественный отбор нацеливался на гены человеческого иммунитета в течение последних десяти тысячелетий в Европе, особенно с начала бронзового века, и способствовал сегодняшним различиям с точки зрения риск инфекционно-воспалительных заболеваний.

Использование палеогеномики для объяснения 10 000-летней эволюции иммунной системы



Новости партнеров