Исследование раскрывает, как активность генов формирует иммунитет у разных видов

Учёные из Института Сэнгера, Европейского института биоинформатики EMBL и их коллеги, секвенировав гены более чем из четверти миллиона клеток шести видов млекопитающих, показали, как гены иммунного ответа имеют разную активность между клетками и видами.

Исследование, опубликованное 24 октября в Nature, в беспрецедентных деталях изучило гены, активируемые при первоначальном ответе клетки на вторжение патогена — врождённом иммунном ответе. Учёные измерили активность тысяч генов в более чем 250 000 отдельных клеток с помощью технологии одноклеточной геномики, чтобы проследить эволюцию противовирусного и антибактериального иммунитета.

Предыдущие работы показали, что многие гены врождённого иммунного ответа быстро эволюционировали у позвоночных. Считается, что это вызвано постоянным давлением атак патогенов, таких как бактерии и вирусы. К ним относятся гены, производящие молекулы цитокинов и хемокинов, которые действуют различными способами: одни являются воспалительными молекулами, сигнализирующими об опасности; другие ограничивают способность патогена к размножению, а третьи индуцируют гибель клеток. Они представляют собой успешную стратегию хозяина для противодействия быстро эволюционирующим патогенам.

Команда показала, что эти гены, которые быстро эволюционировали у разных видов, также имеют высоко вариабельную активность в разных клетках внутри ткани одного организма.

В противоположность этому, они обнаружили, что гены, которые консервативны между видами и регулируют иммунный ответ, активируются более стабильно во всех клетках ткани. Эти гены могут находиться под более жёсткими ограничениями, поскольку участвуют во многих различных функциях внутри клеток. Но они также являются мишенью для вирусов. Эти ограниченные в эволюции гены представляют собой ахиллесову пяту, используемую патогенами для подавления иммунной системы.

Доктор Цахи Хагай, ведущий автор исследования из Института Сэнгера, сказал: «Мы считаем, что эта модель активации — когда одни гены находятся под жёстким контролем, а другие имеют более вариабельную активность — эволюционировала как способ тонкой настройки иммунного ответа. Это эффективно, но сбалансировано. Гены могут эволюционировать, чтобы помочь клетке контролировать атакующего, и использование этих генов может варьироваться между клетками, чтобы окружающие ткани не пострадали от массового поражения».

Доктор Сара Тайхманн, руководитель отдела клеточной генетики в Институте Сэнгера и старший автор исследования, сказала: «Возможность секвенирования ДНК с разрешением на уровне отдельных клеток означает, что такое исследование теперь возможно. В человеческом теле насчитывается около 37 триллионов клеток, каждая с одним и тем же генетическим кодом. Но отдельные клетки ведут себя по-разному, они используют этот генетический код по-разному. Изучая отдельные клетки, мы можем понять эти фундаментальные строительные блоки жизни и то, как они работают вместе — в том числе, как они сопротивляются патогенам».