Ученые выяснили, что голый землекоп — подземный грызун, живущий до 40 лет, — утратил ряд функциональных генов CD1. Гены семейства CD1 у млекопитающих отвечают за синтез белков, участвующих в защите организма от инфекционных заболеваний. Полученные данные указывают на то, что иммунная система голого землекопа значительно перестроилась и использует другие — CD1-независимые —молекулярные механизмы.
Результаты исследования, поддержанного грантами Президентской программы Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Biology Direct. У млекопитающих, птиц и рептилий некоторые клетки иммунной системы (макрофаги, В-лимфоциты, дендритные клетки) и эпителиальные клетки несут на своей поверхности белки CD1, которые имеют структурное сходство с белками главного комплекса гистосовместимости (MHC), играющего важную роль в развитии иммунитета.
Если в организме появляется чужеродный объект, например бактерия, эти молекулы помогают «оповестить» об угрозе другие иммунные клетки — Т-лимфоциты, — которые способствуют уничтожению зараженных клеток и тем самым не дают инфекции распространиться. Это происходит благодаря тому, что CD1 «выставляет» над поверхностью клетки, как флажки, бактериальные липиды и их производные, по которым патоген легко распознать.
У разных животных число генов CD1 и их состав сильно отличаются, например, у мыши их 2, у крысы — 1, у морской свинки — целых 9. Поскольку большинство доклинических испытаний лекарств проводится именно на этих животных, поиск и определение их функциональных молекул CD1 особенно важны для правильной интерпретации результатов фундаментальных и прикладных исследований. Однако неизвестно ни одного вида млекопитающего, который бы полностью утратил все белки CD1.
Исследователи из Института молекулярной биологии имени В.А. Энгельгардта РАН (Москва) с коллегами описали эволюцию белков CD1 у грызунов. Для этого авторы провели биоинформатический анализ последовательностей, отвечающих за синтез белков CD1 в геномах 18 грызунов разных видов, и реконструировали соответствующие белковые структуры. Авторы 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.
«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», — поясняет участник проекта, поддержанного грантом РНФ, Алексей Замараев, кандидат биологических наук, научный сотрудник ИМБ имени В.А. Энгельгардта и лаборатории исследования механизмов апоптоза МГУ имени М.В. Ломоносова.
Анализ также показал, что 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. 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», — рассказывает участник проекта, поддержанного грантом РНФ, Константин Гунбин, кандидат биологических наук, старший научных 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).