Ученые детализировали прогрессивную организацию иммунной эффективности у двоякодышащих рыб

Иммунная система слизистых оболочек позвоночных, включая рыб, — это сложная сеть иммунных клеток и молекул, расположенная на границе между окружающей средой и организмом. Она служит первой линией защиты от опасных патогенов.

Среди позвоночных рыбы известны как основные производители огромного количества слизи, защищающей все части их тела от инфекции. Иммунные системы рыб постоянно эволюционируют, чтобы наилучшим образом защищать каждый вид от патогенов, с которыми они могут столкнуться в своей среде.

Одним из самых замечательных новшеств адаптивной иммунной системы позвоночных является прогрессивная организация лимфоидных тканей, достигающая наивысшего уровня сложности у птиц и млекопитающих. Примеры включают наши миндалины и лимфатические узлы, где повышается эффективность иммунного надзора и взаимодействия клеток, что, в свою очередь, способствует уничтожению бактерий или вирусов.

В новой исследовательской статье "African lungfish reveal the evolutionary origins of organized mucosal lymphoid tissue in vertebrates", опубликованной в Current Biology, ученые из Университета Нью-Мексико представили новаторское исследование. Оно показывает, что предшественники таких структур, как миндалины и пейеровы бляшки, уже появились в группе, наиболее близкой ко всем четвероногим, — у африканских двоякодышащих рыб (Protopterus dolloi и Protopterus annectens).

Двоякодышащие рыбы представляют собой переходную форму позвоночных от водной среды к наземной, что делает их уникальной моделью для понимания эволюции иммунных систем.

Ключевые открытия:

• Впервые обнаружены примитивные полуорганизованные лимфоидные узелки или агрегаты в слизистой оболочке носа и кишечника африканских двоякодышащих рыб.
• Это означает, что организованные вторичные лимфоидные ткани слизистых оболочек (O-MALT) возникли не 250 миллионов лет назад, а гораздо раньше — около 410 миллионов лет назад, что предшествует происхождению четвероногих (тетрапод).

"Мы впервые демонстрируем наличие организованных лимфоидных структур в слизистой оболочке носа и кишечника африканской двоякодышащей рыбы, ныне живущего представителя наиболее близкой к тетраподам линии", — говорит доцент Ирэн Салинас из Центра эволюционной и теоретической иммунологии (CETI).

Механизм и роль:

• Ключом к формированию этих структур, по-видимому, является группа иммунных молекул — членов суперсемейства фактора некроза опухоли (TNFSF).
• Глубокое секвенирование тканей показало, что TNFSF значительно расширился и диверсифицировался в процессе эволюции двоякодышащих рыб. Новые молекулы, вероятно, позволили появиться лимфоидным агрегатам.
• Функциональные исследования с интраназальным заражением патогенными бактериями показали, что архитектура агрегатов меняется в ответ на инфекцию: их размер удваивается, в них становится больше B- и T-лимфоцитов. Инфекция также приводит к образованию новых, меньших по размеру "индуцибельных лимфоидных агрегатов", известных и у млекопитающих.

Значение и перспективы:

• Исследование является прорывным, показывая эволюционные истоки организованных лимфоидных тканей слизистых оболочек.
• Следующий шаг — определить, какие именно молекулы из идентифицированных кандидатов ответственны за формирование этих тканей у холоднокровных животных, и понять их эволюционное преимущество.

Исследование поддержано трехлетним грантом Национального научного фонда (NSF) и Национальных институтов здоровья (NIH).