Морское беспозвоночное проливает свет на эволюцию крови и иммунной системы человека

У морского беспозвоночного Botryllus schlosseri, живущего в подводных колониях, обнаружена система кроветворения, поразительно похожая на человеческую. К такому выводу пришли учёные из Стэнфордского университета.

В исследовании, опубликованном 5 декабря в Nature, сообщается, что эти простые морские существа могут помочь понять нашу собственную систему кроветворения, улучшить иммунную функцию и найти новые иммуно-ассоциированные инструменты для биологических открытий.

"Системы кроветворения млекопитающих и Botryllus также разделяют сотни гомологичных генов, даже несмотря на то, что два вида разделены более чем 500 миллионами лет эволюции", — сказал бывший постдокторант Бенямин Розенталь, Ph.D.

Сходства с позвоночными

Исследователи выделили стволовые клетки Botryllus, которые являются основой его крови и иммунной системы, а также клетки-предшественники. "Из всех беспозвоночных стволовые клетки крови и клетки-предшественники Botryllus наиболее похожи на клетки крови позвоночных, поэтому возможно, что они являются 'недостающим звеном' между позвоночными и беспозвоночными", — отметил старший автор Ирвинг Вайсман, MD.

Особенности организма

Botryllus — организм с необычным жизненным циклом. Часть жизни он существует в виде свободноплавающего хордового "головастика" с нотохордом. Затем прикрепляется к скале, теряет нотохорд, хвост, мышцы тела и один из двух мозгов, и живёт в колониях. Под микроскопом колония похожа на букет цветов, где каждый "лепесток" — отдельный организм со своим сердцем, жабрами, пищеварительной системой, мозгом и клетками крови. Организмы в колонии имеют общее кровоснабжение и даже обмениваются клетками.

Параллели с млекопитающими

Исследователи показали тесные параллели между кровеносными системами Botryllus и млекопитающих:

• У Botryllus есть специализированная ниша клеток, которая удерживает и поддерживает стволовые клетки крови, подобно нише в костном мозге млекопитающих.
• Стволовые клетки крови Botryllus самостоятельно мигрируют из кровеносных сосудов в нишу, как и у млекопитающих.
• Обнаружено 327 генов, участвующих в образовании клеток крови у Botryllus, которые похожи на гены кроветворения у млекопитающих.

Ранее было показано, что вариант гена BHF регулирует, будут ли отдельные особи Botryllus сливаться кровеносными сосудами с соседями или подвергнуться иммунному отторжению. Новое исследование объясняет этот механизм: если белок, продуцируемый геном, распознаётся другой колонией как совместимый, он предотвращает активацию процесса отторжения, аналогичного атаке человеческих NK-клеток на "чужеродные" ткани.

Отличная модель для исследований

Обнаружение таких сильных параллелей предлагает исследователям отличную модель для изучения многих биологических явлений у млекопитающих. "Botryllus — прозрачный организм, поэтому мы можем легко наблюдать нишу и визуально отслеживать миграцию каждого типа клеток", — пояснила старший научный сотрудник Аелет Воскобойник, Ph.D.

Это также позволяет наблюдать, как клетки отдельных организмов взаимодействуют при иммунной атаке или слиянии сосудов. Эти знания могут дать представление о принятии или отторжении трансплантата органов.

"С его примитивной, но эффективной иммунной системой, Botryllus также может дать нам представление о том, как усилить наши собственные иммунные реакции на патогены и рак", — добавила Воскобойник.