Гены крошечного морского существа проливают свет на эволюцию иммунитета

Новое исследование под руководством учёных из Медицинской школы Университета Питтсбурга показало, что механизм, с помощью которого крошечное морское беспозвоночное отличает свои собственные клетки от клеток конкурентов, имеет поразительное сходство с человеческой иммунной системой.

Результаты, опубликованные в Proceedings of the National Academy of Sciences, указывают на то, что строительные блоки нашей иммунной системы эволюционировали гораздо раньше, чем считалось ранее. Это может помочь в понимании отторжения трансплантата и в будущем способствовать разработке новых иммунотерапий.

Исследователи десятилетиями задавались вопросом, похож ли механизм самораспознавания у морского существа Hydractinia symbiolongicarpus на процессы, определяющие успешность пересадки кожи от одного человека к другому. Работа впервые показывает, что особое семейство белков — иммуноглобулиновое суперсемейство (immunoglobulin superfamily, IgSF), важное для адаптивного иммунитета у млекопитающих и других позвоночных, — присутствует у столь эволюционно далёкого животного.

Hydractinia symbiolongicarpus — колониальное животное из одной группы с медузами, кораллами и актиниями. Оно обрастает раковины раков-отшельников. Когда растущие колонии сталкиваются на раковине, они либо сливаются (если распознают друг друга как «своих»), либо вступают в борьбу, выпуская гарпуноподобные структуры из специальных клеток.

Ранее команда обнаружила два гена, Alr1 и Alr2, участвующих в этой системе «слиться или сражаться». В новом исследовании, секвенировав весь геном, учёные идентифицировали и описали уже 41 ген Alr, которые формируют комплекс, вероятно, контролирующий распознавание «свой-чужой».

С помощью инструмента AlphaFold исследователи сравнили трёхмерную структуру белков Alr с белками иммуноглобулинового суперсемейства. Белки IgSF имеют три характерных домена, включая V-set domain («V» означает variable — переменный). Именно этот домен у позвоночных перестраивается для распознавания специфических патогенов.

Оказалось, что домены в белках Alr имеют 3D-структуру, поразительно похожую на V-set домены, хотя и лишены некоторых типичных черт белков IgSF. Ранее считалось, что V-set домены возникли в группе Bilateria (двусторонне-симметричные животные), появившейся около 540 миллионов лет назад. Обнаружение таких доменов у Hydractinia, которая принадлежит к более ранней эволюционной ветви, отодвигает время их возникновения в прошлое.

Некоторые белки Alr также несли сигнатуры, связанные с иммунной сигнализацией у других животных, что является дополнительным свидетельством участия этого белкового комплекса в самораспознавании.

Более глубокое понимание иммунной сигнализации у таких организмов, как Hydractinia, может в конечном итоге указать на альтернативные способы управления этими сигнальными путями у пациентов с пересаженными органами.