Голый землекоп потерял белки, устойчивые к инфекциям

Ученые обнаружили, что голый землекоп — подземный грызун, живущий до 40 лет — утратил ряд функциональных генов CD1. Генное семейство CD1 у млекопитающих отвечает за синтез белков, защищающих организм от инфекционных заболеваний. Результаты указывают на значительную перестройку иммунной системы голого землекопа, которая использует другие — независимые от CD1 — молекулярные механизмы.

Исследование опубликовано в Biology Direct.

Некоторые эпителиальные клетки и клетки иммунной системы (макрофаги, B-лимфоциты, дендритные клетки) млекопитающих, птиц и рептилий несут на поверхности белки CD1, структурно схожие с белками главного комплекса гистосовместимости (MHC), играющими важную роль в развитии иммунитета.

Эти молекулы помогают "оповестить" другой тип иммунных клеток — T-лимфоциты — о появлении в организме чужеродного объекта (например, бактерий). T-лимфоциты способствуют уничтожению зараженных клеток, предотвращая распространение инфекции. Это происходит потому, что белки CD1, подобно флажкам, выставляют на своей поверхности клеточные, бактериальные липиды и их производные, по которым патоген легко идентифицировать.

Состав и количество генов CD1 сильно различаются у разных животных. Например, у мышей их два, у крыс — один, а у морских свинок — целых девять. Поскольку большинство доклинических испытаний лекарств проводятся именно на этих животных, поиск и идентификация их функциональных молекул CD1 особенно важны для корректной интерпретации результатов фундаментальных и прикладных исследований. Однако до сих пор не было известно о виде млекопитающих, полностью утратившем свои белки CD1.

Ученые из Балтийского федерального университета им. И. Канта (Калининград), Института молекулярной биологии РАН (Москва), Института молекулярной и клеточной биологии СО РАН (Новосибирск), МГУ им. М. В. Ломоносова (Москва), Каролинского института (Швеция) и их коллеги описали эволюцию генов CD1 у грызунов.

Для этого ученые провели биоинформатический анализ последовательностей, отвечающих за синтез белков CD1, в геномах 18 различных видов грызунов и реконструировали структуры родственных белков. Авторы впервые обнаружили, что голый землекоп (Heterocephalus glaber) утратил часть своих рабочих (функциональных) генов CD1.

Это животное относится к дикобразообразным и отличается необычно долгой для грызуна продолжительностью жизни — до 40 лет. Поэтому голые землекопы важны для исследований механизмов старения. Отсутствие белков CD1, выявленное авторами, указывает на еще одну необычную черту этого грызуна — нетрадиционные механизмы работы иммунной системы.

"Недавние исследования иммунной системы голого землекопа показали отсутствие естественных киллерных T-клеток (Natural Killer T cells), которые участвуют в удалении клеток, зараженных вирусами и бактериями, а также опухолевых клеток. Поскольку для развития естественных киллерных T-клеток необходимо наличие функционально активного гена CD1, мы предположили, что иммунный ответ голого землекопа протекает иначе, независимо от этих клеток", — объясняет Алексей Замараев, участник проекта, кандидат биологических наук, научный сотрудник лаборатории исследований механизмов апоптоза ИМБ РАН и МГУ.

"Эти факты подчеркивают уникальность иммунной системы голого землекопа. Вероятно, потерю некоторых белков CD1 и естественных киллерных T-клеток у голых землекопов компенсируют другие иммунные клетки — миелоидные клетки иммунной системы и другие типы хорошо развитых T-лимфоцитов этих животных", — продолжает Замараев.

Анализ также показал, что белки CD1, сильно различающиеся по структуре, характерны для представителей подотряда Мышеобразные (Myomorpha). У их родственников из подотрядов Белкообразные (Sciuromorpha), Боброобразные (Castorimorpha) и Дикобразообразные (Hystricomorpha) белки более консервативны — менее различаются. Это подчеркивает, что именно эти подотряды являются более эволюционно древними.

"В будущем мы планируем исследовать другой тип молекул, выполняющих ту же функцию, что и белки CD1, — белки MR1, которые представляют метаболиты рибофлавина или другие бактериальные антигены специфическим T-лимфоцитам", — говорит Константин Гунбин, другой участник проекта, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник Центра геномных исследований БФУ.

"Мы надеемся, что полученные данные позволят понять не только фундаментальные особенности иммунной системы разных животных, но и выявить закономерности для направленной активации CD1-специфичных T-клеток и запуска иммунного ответа на различные патогены", — добавляет Гунбин.