Išaiškinta vabzdžių imuninės sistemos paslaptis • Aleksandras Markovas • Mokslo naujienos apie "Elementus" • Genetika, medicina

Pasirodė vabzdžių imuninės sistemos slėpinys

Anopheles uodai imuninė sistema Anopheles gambiae daug sudėtingesnis ir efektyvesnis, nei įprastai manoma (nuotrauka iš www.monkeytime.com)

Gebėjimas gaminti imunitetą naujoms infekcijoms stuburiniais gyvūnais per visą gyvenimą užtikrinamas apsauginių baltymų – imunoglobulinų ir T ląstelių receptorių – in vivo reorganizavimu. Pasirodo, kad vabzdžiams tiksliai sureguliuojant apsauginių baltymų komplektą prie specifinės infekcijos taip pat atliekama rekombinuojant genų fragmentus, tačiau ne pats genai (DNR molekulės) yra redaguojamos, kaip ir stuburinių limfocitų, tačiau jų kopijos yra RNR molekulės.

Pagrindinis imuninės sistemos pareiga yra tiksliai atpažinti bet kokią infekciją, kuri pateko į kūną, įskaitant tą, kuri niekada nebuvo susidurta anksčiau. Norėdami tai padaryti, turite turėti daug skirtingų baltymų, kurie selektyviai susieja su įvairiomis svetimomis medžiagomis (antigenais). Galvijų stuburiniai gyvūnai gamina šimtus tūkstančių tokių apsauginių baltymų (taip pat vadinamųjų antikūnų) variantų – daug daugiau nei genų genai. Dėl didelės imuninės sistemos ląstelių – limfocitų genomo in vivo – pertvarkos pasiekiama didelė apsauginių baltymų įvairovė.

Genų genomoje, tai yra genomoje, kurį iš tėvo ir motinos gauna stuburiniai gyvūnai, nėra antikūnų genų kaip tokio, tačiau yra ir ruošinių rinkinių – kelių panašių, bet šiek tiek skirtingų, būsimų genų fragmentų "keletas kasetų". Brandintame limfocitte specialieji fermentai supjausto genomą DNR ir iš naujo apdoroja genomą, norėdami surinkti vieną funkcinį genu iš šių ruošinių, o vienas iš jų atsitiktine tvarka pasirenkamas iš kiekvienos "kasetės", kurią sudaro dešimtys panašių fragmentų. Skirtinguose limfocituose antikūnų genai skiriasi, o bendras teoriškai galimų variantų skaičius žmogaus ar pele siekia tris milijonus. Skaitykite daugiau apie tai čia. Įgytas imunitetas susidaro dėl to, kad tie limfocitai, kurių antikūnai geriau sujungia šį infekcinį agentą geriau nei kiti, intensyviai padaugėja, o jų antikūnų genai, be to, "prisitaiko" prie antigeno dėl mutacijos ir papildomos atrankos.

Be to, bestuburiai neturi viso to. Ilgą laiką buvo manoma, kad bestuburiai galėjo kažkaip valdyti tik įgimtą, nespecifinį imunitetą ir palyginti nedaug imuninių baltymų – receptorių,genai, kurie "yra" gemalo linijos genomoje ir kurių in vivo nėra reorganizuojami. Atsižvelgiant į greitą mikroorganizmų evoliuciją ir kintamumą, buvo nustebinti, kaip beždžionėms pavyksta išgyventi.

Tačiau laikui bėgant atskleidė vis daugiau faktų, parodančių, kad bestuburiai taip pat įgyja imunitetą ir turi imuninę atmintį. Būtent tai, kaip jie ją valdo be imuninės apsaugos genų pertvarkymo per gyvenimą, liko neaiškūs.

Imunologai iš Johns Hopkins universiteto (Baltimoras, JAV) atkreipė dėmesį į vieną labai neįprastą geną, rastą stuburinių ir vabzdžių. Šis genas vadinamas DSCAM (Dauno sindromo ląstelės sukibimo molekulė); kai kurios žmonių mutacijos yra susijusios su Dauno sindromu. Vabzdžiuose jis buvo atsakingas už aksonų augimo reguliavimą (ilgas neuronų procesas). Šis genas priklauso imunoglobulinų pertekliniam šeimos kiekiui, ty jis yra imunoglobulino domenai (specifinės nukleotidų sekos, koduojančios baltymų molekulės porcijas, skirtas selektyviai susieti kitas molekules). Imunoglobulino genai yra beveik visi gyvūnai.Jie vykdo įvairias receptorių funkcijas, kurios toli gražu ne visada susijusios su imunine gynyba. Pvz., Aksonų augimas priklauso nuo tam tikrų cheminių signalų, kuriuos kažkas taip pat turi sugauti ir atpažinti.

Kaip ir beveik visi aukštesnių organizmų genai, DSCAM genas susideda iš egzonų (koduojančių regionų) ir nekoduotų intronų tarp jų. Po to, kai jo RNR kopija yra sintezuota ant genų matricos, iš jos ištraukiami intronai (šis procesas vadinamas splicingu), o ši "brandi messenger RNR" jau yra naudojama kaip nurodymas baltymų sintezei. Iš tos pačios nesubrendusios RNR kartais gali būti sukonstruoti keli brandaus RN variantai (pavyzdžiui, rekombinuojant arba pasirinktinai pašalinant atskirus egzonus). Šis reiškinys yra vadinamas "alternatyviu splicingu". Jo dėka tas pats genas gali koduoti keletą skirtingų baltymų.

Genų DSCAM mariarijos uodų struktūra. Vertikalios juostos rodo eksonus. Imūnglobulino 4, 6 ir 10 egzonas yra pateikiamos kasetėmis iš 14, 30 ir 38 alternatyvų. Po suliejimo, subrendusioje RNR bus tik vienas variantas iš kiekvienos iš šių trijų egzempliorių. Pav. iš straipsnio į PLoS biologija

Unikali DSCAM geno, turinčio 21 egzono, bruožas yra tai, kad trys iš jų yra pateikiami ne viename egzemplioriuje, bet visiškų kasetų pavidalu iš įvairių šiek tiek skirtingų kopijų: egzona Nr. 4 pateikiama 14 egzempliorių, egzona Nr. 6 – 30, exon Nr. 10 – 38. Suliejimo metu išsaugomas tik vienas iš šių egzonų variantų. Taigi, naudojant alternatyvius splaisius, pagrįstus vienu DSCAM genu, galima sintezuoti 14 × 30 × 38 = 15960 skirtingus receptoriaus baltymus.

Idėja, kad DSCAM geno dalyvavimas vabzdžiuose ne tik neurogenezėje, bet ir imuninėje gynyboje, iš tiesų pasireiškė jau seniai, tačiau tai buvo įmanoma tik dabar įrodyti. Maliarija pasirinko maliarijos uodų tyrimo objektą Anopheles gambiae (jo genomas neseniai buvo visiškai perskaitytas), taip pat "tokio užkreimo" hemocitu panašių imunokompetentinių ląstelių (t.y. imuninės sistemos ląstelių) kultūra. Rezultatai, gauti iš visų gyvų uodų ir ląstelių kultūroje, beveik visiškai sutampa.

Pasirodo, kad, esant skirtingoms bakterijoms, imuninės ląstelės gamina skirtingus DSCAM baltymo splice variantus. Pavyzdžiui, reaguojant į infekciją su Escherichia coli, dažnai vartojamas 8-asis 4-ojo egono variantas labai didėja, o stafilokokai stimuliuoja DSCAM baltymų sintezę, naudojant 1-ojo varianto tą patį egzoną.

Dirbtinis DSCAM geno "išjungimas" veda prie stipraus uodai sugebėjimo atsispirti infekcijoms; be to, jo hemolimfe (kraujo analogas vabzdžiuose), bakterijos pradeda daugintis greitai, paprastai ten ten nedideli kiekiai. Tai įrodo tiesioginį DSCAM įtraukimą į imuninę gynybą.

Šiuo metu molekulinės biologijos gali "išjungti" ne tik visą geną, bet ir selektyviai atskirti sujungimo variantus. Norėdami tai padaryti, ląstelėse įterpiamos dirbtinai sintetintos trumpos RNR molekulės su nukleotidų seka, papildančia konkretų egzoną. Šie fragmentai lieka kartu su subrendusią RNR, kurioje yra šis egonas, todėl baltymų sintezė neleidžiama. Taigi buvo įrodyta, kad suliejant tuos sujungimo variantus, kurie yra sintezuoti esant E. coli, atsiranda uodai, galintys kovoti su Escherichia coli, bet ne su stafilokokais ir atvirkščiai.

Mokslininkai taip pat sugebėjo parodyti, kad DSCAM sujungimo variantai, kurie yra sintezuoti reaguojant į tai, kad viena ar kita bakterija užsikrečia, "geriau laikosi" šios bakterijos.

DSCAM sintezuotų jungčių variantų spektro pokyčiai, sukelti sąlyčio su bakterijomis,išlieka mažiausiai 18 valandų po to, kai kontaktas pasibaigė (kas toliau vyks, mokslininkai tiesiog netikrino). Tai iš dalies paaiškina "imuninę atmintį", pastebėtą vabzdžiams.

Taigi, įvairūs DSCAM baltymo sujungimo variantai tam tikru mastu yra panašūs į stuburinių antikūnų (nors antikūnai yra daug selektyvesni ir veiksmingesni). Įvairių DSCAM sujungimo variantų formavimas atliekamas remiantis tuo pačiu kombinuotu principu kaip antikūnų susidarymas stuburiniais gyvūnais. Abiem atvejais naudojamas atsitiktinis atskirų genų fragmentų pasirinkimas ir derinys, kurių kiekvienas genome pavaizduotas keliais alternatyviais variantais. Tik stuburiniams gyvūnams tai yra "genetinės informacijos" perskaičiavimas į DNR lygį ir vabzdžių, esančių RNR lygyje.

Mano nuomone, šis tyrimas yra labai svarbus laimėjimas, ne tik tyrinėdamas bestuburių imuninę sistemą, bet ir suprasti bendrus imuninės sistemos principus. Galima tikėtis, kad tolesni tyrimai lems naujų panašumų tarp imuninės sistemos toli nuo kitų organizmų grupių.

Be tyrimo išlieka daug svarbių klausimų.Pavyzdžiui, lieka neaišku, kaip sujungimas yra reguliuojamas. Kur uodai "žino", kokie DSCAM baltymo variantai turi būti sintezuoti kovojant su E. coli, ir kurie iš jų – apsaugoti nuo stafilokokų? Teoriškai yra dvi galimos pasirinktys:

1) Reglamente nenaudojamas grįžtamasis ryšys (kai kurie receptoriai atpažįsta antigeno klasę ir duoda signalą sintezuoti tokį jungtinių variantų rinkinį; šiuo atveju visi atsakymai yra žinomi iš anksto, jie yra "įrašyti" kur nors genome ir yra visiškai įgimtas) ;

2) Reguliarus atliekant bandymus ir klaidas, naudojant atsiliepimus (sintezuojami skirtingi baltymų variantai, kurie tada išbandomi antigenų susiejimo efektyvumą, sėkmingų variantų sintezė tęsiasi, "nesėkmingi" – sustoja, šiuo atveju galime kalbėti apie realų įsigytą imunitetą).

Straipsnio autoriai atspindi tik pirmąjį variantą, tačiau antrasis – labiau panašus į tai, kas vyksta į stuburą, o dar daug lankstesnis ir efektyvesnis – dar nėra atmesta.

Šaltinis: Yuemei Dong, Harry E. Taylor, George Dimopoulos. AgDscam, Hypervariable imunoglobulino domeno turintis receptorius Anopheles gambiae Invazinė imuninė sistema // PLoS biologija. 2006. V. 4. Issue 7.

Taip pat žiūrėkite:
Gonokokai kvailys imuninę sistemą, atlikdami kontroliuojamus genomo pakeitimus (Elements, 2006 m. Gegužės 31 d.).

Aleksandras Markovas


Like this post? Please share to your friends:
Parašykite komentarą

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: