Исследователи из Киотского университета реконструировали 700-миллионную историю эволюции клеток крови, проследив их происхождение от одноклетовых предков через анализ экспрессии генов. Установлено, что первые клетки крови возникли одновременно с многоклеточными организмами, а макрофаги оказались наиболее близки к древним прародителям, от которых затем отделились тучные клетки, эритроциты и лимфоциты.
Макрофаги — это специализированные клетки иммунной системы, главная задача которых — захватывать и переваривать бактерии, вирусы, остатки погибших клеток и другие чужеродные или токсичные для организма частицы. Поскольку макрофаги действуют как самостоятельные, подвижные клетки-охотники, они сохранили наибольшее генетическое и поведенческое сходство с древними одноклеточными организмами. Именно они стали той базовой «платформой», из которой в процессе эволюции развилась вся остальная кровеносная и иммунная система человека. Тучные клетки — это «пограничники» нашей иммунной системы. Они живут не в самой крови, а в тканях, которые чаще всего контактируют с внешней средой (кожа, слизистые оболочки дыхательных путей и кишечника).
Эритроциты — самые многочисленные клетки крови, их главная задача — дыхание организма, доставка кислорода от легких к органам и тканям и выведение углекислого газа обратно. Лимфоциты — «интеллектуальная элита» иммунной системы. В отличие от макрофагов, которые просто пожирают все подряд, лимфоциты обеспечивают специфический (адаптивный) иммунитет — они умеют распознавать конкретные штаммы вирусов и бактерий и запоминать их на всю жизнь. Разделяются на два главных типа: Т-лимфоциты (одни из них напрямую уничтожают зараженные или раковые клетки нашего тела, другие — управляют действиями остальных участников иммунной системы), В-лимфоциты (производят антитела (иммуноглобулины) — белки, которые снайперски метят и нейтрализуют конкретные вирусы и токсины).
Клетки крови есть у всех животных, включая человека, но их состав и линии развития различаются, отражая адаптацию к защите от инфекций.
Метод клеточной генеалогии
Ученые разработали новый аналитический метод, позволяющий сравнивать профили экспрессии генов у различных клеточных линий и биологических видов. С его помощью они построили филогенетические деревья клеток и реконструировали их историю. Чтобы найти отправную точку, авторы включили в анализ одноклеточные организмы.
Анализ показал, что среди всех клеток человеческой крови наибольшее сходство с одноклеточными предками имеют макрофаги. Это указывает на то, что самые первые древние клетки крови функционировали именно как макрофаги.
Исследователи проследили историю гена FOS, который активно экспрессируется в клетках крови самых разных животных. Оказалось, что этот ген достался нам от одноклеточного предка, жившего около 700 миллионов лет назад. Таким образом, первые клетки крови возникли одновременно с появлением первых многоклеточных существ. Ранние животные сформировали свою кровеносную и иммунную системы, просто перепрограммировав генетический материал, унаследованный от простейших.
Как разветвлялось «древо крови»
Генетический анализ позволил восстановить точную хронологию разделения иммунных и транспортных клеток на протяжении 700 миллионов лет:
- Первыми от макрофагов отделились тучные клетки;
- Затем от тучных клеток ответвились прототипы Т-лимфоцитов и эритроцитов (красных кровяных телец);
- Позже, уже после обособления тучных клеток, от макрофагов отделилась еще одна ветвь — прототипы В-лимфоцитов.
«Пути дифференцировки клеток крови позвоночных буквально отражают 700-миллионнолетнюю эволюционную историю. Осознание того, что это древнейшее наследие циркулирует внутри нашего тела, заставляет почувствовать близость с нашими далекими предками», — делятся авторы работы Хироси Кавамото и Йосукэ Нагахата.
Разработанный японскими учеными метод имеет не только теоретическую ценность. В перспективе он поможет раскрыть эволюционные корни тяжелых заболеваний, включая рак, что позволит лучше понять механизмы развития опухолей и создать новые методы их лечения.
Древние микробы раскрыли тайну появления клеток, из которых мы состоим
Древняя вирусная ДНК оказалась ключевой для раннего развития эмбрионов
Новый гигантский вирус дал подсказки к тайне происхождения сложной жизни
Подписывайтесь и читайте «Науку» в MAX