Голый землекоп (грызун с продолжительностью жизни до 40 лет) утратил в процессе эволюции ряд функциональных генов CD1, выяснили российские биологи с иностранными коллегами. Гены семейства CD1 у млекопитающих отвечают за синтез белков, участвующих в защите организма от инфекционных заболеваний.
Исследователи пришли к выводу, что иммунная система голого землекопа значительно перестроилась и использует другие — CD1-независимые — молекулярные механизмы.
Некоторые клетки иммунной системы (макрофаги, В-лимфоциты, дендритные клетки) и эпителиальные клетки у млекопитающих, птиц и рептилий несут на своей поверхности белки CD1, которые имеют структурное сходство с белками главного комплекса гистосовместимости (MHC). Он играет важную роль в развитии иммунитета. Когда в организме появляется чужеродный объект, например бактерия, эти молекулы дают сигнал об угрозе другим иммунным клеткам — Т-лимфоцитам. Эти клетки помогают уничтожить зараженные клетки и не дают инфекции распространиться. Это происходит из-за того, что CD1 «выставляет» над поверхностью клетки, как флажки, бактериальные липиды и их производные, по которым патоген легко распознать.
Число генов CD1 и их состав сильно у разных животных отличаются, например, у мыши их 2, у крысы — 1, у морской свинки — 9. Так как большинство доклинических испытаний лекарств проводят именно на этих животных, поиск и определение их функциональных молекул CD1 особенно важны для правильной интерпретации результатов фундаментальных и прикладных исследований. Пока науке не известно ни одного вида млекопитающего, который бы полностью утратил все белки CD1.
Ученые из Института молекулярной биологии имени В. А. Энгельгардта РАН с коллегами описали эволюцию белков CD1 у грызунов. Для этого они провели биоинформатический анализ последовательностей, отвечающих за синтез белков CD1 в геномах 18 грызунов разных видов, и реконструировали соответствующие белковые структуры.
Авторы исследования впервые обнаружили, что голый землекоп (Heterocephalus glaber) утратил часть работающих (функциональных) генов CD1. Это животное относится к дикобразообразным и отличается необычайно большой для грызунов продолжительностью жизни — до 40 лет, в связи с чем голые землекопы интересны для исследований механизмов старения. Выявленное авторами отсутствие белков CD1 указывает на еще один необычный признак этого грызуна — нестандартные механизмы работы иммунной системы, объясняют ученые.
«Недавние исследования иммунной системы голого землекопа показали отсутствие у него естественных Т-киллеров, которые участвуют в удалении клеток, зараженных бактериями и вирусами, а также опухолевых клеток. Поскольку наличие функционально активного гена CD1d необходимо для развития естественных клеток-киллеров, мы предположили, что иммунный ответ у голого землекопа осуществляется по другому пути, независимому от естественных Т-киллеров. Эти факты подчеркивают уникальность иммунной системы голых землекопов. Вероятно, потерю части CD1-белков и естественных Т-клеток в иммунной системе голых землекопов компенсируют другие иммунные клетки — миелоидные клетки иммунной системы и иные типы Т-лимфоцитов, хорошо развитые у этих животных», — рассказал участник проекта Алексей Замараев, научный сотрудник ИМБ имени В. А. Энгельгардта и лаборатории исследования механизмов апоптоза МГУ имени М. В. Ломоносова.
Наиболее разнообразные по строению белки CD1 характерны для представителей подотряда мышеобразные. Их родственники из подотрядов белкообразные, боброобразные и дикобразообразные имеют более консервативные — менее различающиеся между собой — белки. По словам биологов, это подчеркивает, что данные подотряды эволюционно более древние.
«В дальнейшем мы планируем исследовать другой тип молекул с той же функцией, что у белков CD1 — белки MR1, которые представляют (как бы показывают) специфичным Т-лимфоцитам метаболиты рибофлавина или другие бактериальные антигены. Надеемся, что полученные данные позволят понять не только фундаментальные особенности строения иммунной системы разных животных, но и выявить модели для направленной активации CD1-специфических Т-клеток и запуска иммунного ответа на различные патогены», — отметил участник проекта Константин Гунбин, старший научный сотрудник Центра геномных исследований БФУ имени Иммануила Канта.
В исследовании принимали участие сотрудники Института молекулярной и клеточной биологии СО РАН (Новосибирск) и Балтийского федерального университета имени Иммануила Канта (Калининград), Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова (Москва) и Каролинского Института (Швеция).
Результаты исследования, поддержанного грантами Президентской программы Российского научного фонда, опубликованы в журнале Biology Direct.
