Исследователи исследуют унифицирующие принципы адаптивного иммунитета позвоночных

Исследования по ископаемым
                Подобная рыбам минога относится к так называемым бесщелевым позвоночным животным, появившимся около 500 миллионов лет назад. На снимке изображена самка европейской миноги, несущая яйца. Предоставлено: © MPI иммунобиологии и эпигенетики, Рио Моримото

Адаптивный иммунитет — мощный защитный механизм у позвоночных. Точно настроенное взаимодействие различных типов клеток обеспечивает специфический для патогенов иммунный ответ, чтобы устранить, например, бактерии и вирусы. Исследователи Макса Планка теперь идентифицируют механистическую основу сборки генов рецептора антигена, которая более 500 миллионов лет назад независимо развивалась в одной из двух родственных ветвей позвоночных. Результаты, полученные учеными из Института иммунобиологии и эпигенетики Макса Планка во Фрайбурге, являются важным шагом к ответу на вопрос, какие из многих функций, выполняемых иммунной системой живых позвоночных, абсолютно необходимы. Результаты могут помочь понять причины и последствия нарушения иммунных функций и аутоиммунных синдромов.
                                                                                       

Патогенные микроорганизмы, такие как вирусы и бактерии, воевали со своими хозяевами миллионы лет. Гонка вооружений между иммунной системой хозяев и инфекционными патогенами считается важнейшей движущей силой эволюции. Все позвоночные, включая людей, разработали очень сложное устройство самозащиты — адаптивную иммунную систему. Специализированные иммунные клетки, называемые Т-клетками и В-клетками, обнаруживают и уничтожают вторгающиеся патогены. Одной из его ключевых особенностей и секретного оружия является иммунологическая память. Клетки помнят инфекции, приводящие к еще более эффективной реакции на тот же патоген при повторном воздействии.

Поиск принципов проектирования адаптивного иммунитета

В последние годы исследователи обнаружили, что адаптивный иммунитет развивался как минимум дважды независимо на ранних этапах эволюции позвоночных. Позвоночные обычно делятся на две группы. Животные самой многочисленной группы обладают челюстями, и поэтому их называют челюстными позвоночными; они охватывают таких разнообразных существ, как акулы и люди. У небольшой группы позвоночных, напротив, нет челюстей, и, следовательно, этих животных называют беззубыми позвоночными; миноги и карповые относятся к этой группе.

«Базовый дизайн адаптивных иммунных систем у этих двух групп позвоночных животных на удивление схож, учитывая, что эти группы развивались независимо более 500 миллионов лет», — объясняет Томас Бём, директор Института иммунобиологии и эпигенетики им. Макса Планка , Ученые знают, что у всех позвоночных есть две линии Т и В-клеток, которые оснащены рецепторами, способными распознавать чужеродные структуры, часто называемые антигенами. Поскольку иммунная система должна различать очень разные типы антигенов, структура рецепторов также различна; они состоят из похожих, но не идентичных строительных блоков, которые производятся случайным образом во время разработки T и B клеток.

Рассмотрение адаптивного иммунитета с CRISPR/Cas9

Одним из главных сюрпризов недавних исследований было то, что строительные блоки антигенных рецепторов челюстных и челюстных позвоночных структурно различаются, но служат одной и той же цели во время иммунной защиты. «Миноги используют короткие пептиды, называемые лейцин-богатыми повторами, и размещают их как нити на бусине, чтобы сформировать так называемые вариабельные рецепторы лимфоцитов. Однако до сих пор было неясно, как эти нити сшиваются вместе», — объясняет сначала Рио Моримото — автор исследования. На этот важный вопрос теперь ответили исследователи Макса Планка во Фрайбурге, работающие вместе с учеными из французского INRA в Ренне.

Для этого ученым впервые удалось использовать знаменитый ножничный ген CRISPR/Cas9 для изучения функции генов в иммунной системе миног. Используя CRISPR/Cas9, они специально уничтожили ген в миногах, который, как они давно подозревали, необходим для сборки определенного класса генов рецепторов вариабельных лимфоцитов, которые содержат схему антител миног. Действительно, когда так называемый ген 2 цитидин-деаминазы (CDA2) был поврежден, минога больше не могла продуцировать антитела.

Общий набор инструментов для создания антител

Ген CDA2 представляет большой интерес для иммунологов, поскольку он связан с геном челюстных позвоночных, называемым AID, который помогает уточнить специфичность их антител. «Кажется, что природа выбрала молекулы из общего набора инструментов для поддержки образования полезных антител у обоих типов позвоночных. Эти результаты являются важным шагом в нашем понимании эволюции и функции иммунной системы позвоночных», говорит Томас Бём. Теперь, когда ученые успешно использовали генные ножницы для исследования функции иммунных генов у миног, они планируют проверить роль многих других генов, которые подозреваются в поддержке иммунных функций у этих древних позвоночных.

Spread the love