Czy rzeżączka dała nam przodków?

Streszczenie: Naukowcy zidentyfikowali grupę mutacji genetycznych, które chronią przed pogorszeniem funkcji poznawczych u osób starszych. Nowe badanie sugeruje, że presja selekcyjna ze strony patogenów zakaźnych, takich jak rzeżączka, mogła wzmocnić pojawienie się tej zmienności genetycznej u Homo sapiens.

źródło: Uniwersytet Kalifornijski

Naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego School of Medicine odkryli wcześniej grupę ludzkich mutacji genetycznych, które chronią osoby starsze przed pogorszeniem funkcji poznawczych i demencją.

W nowym badaniu opublikowanym 9 lipca 2022 r. w Biologia molekularna i ewolucjaSkupiają się na jednym z tych zmutowanych genów i próbują prześledzić jego ewolucję – kiedy i dlaczego pojawił się w ludzkim genomie.

Wyniki sugerują, że presja selekcyjna ze strony patogenów zakaźnych, takich jak rzeżączka, mogła nasilić pojawianie się tego wariantu genu w rozsądny człowieki nieumyślnie wspierał istnienie przodków w społeczeństwie ludzkim.

Biologia większości gatunków zwierząt została ulepszona pod kątem reprodukcji, często kosztem przyszłego zdrowia i dłuższego życia. W rzeczywistości ludzie są jednym z niewielu znanych gatunków, którzy przeszli menopauzę.

Zgodnie z „hipotezą babci” dzieje się tak dlatego, że starsze kobiety stanowią ważne wsparcie w wychowywaniu niemowląt i dzieci, które potrzebują więcej opieki niż młodsze z innych gatunków. Naukowcy próbują teraz zrozumieć cechy biologii człowieka, które umożliwiają to długoterminowe zdrowie.

Kiedy naukowcy porównali wcześniej genomy ludzi i szympansów, odkryli, że ludzie mają unikalną kopię genu CD33, receptora wyrażanego w komórkach odpornościowych. Standardowy receptor CD33 wiąże się z rodzajem cukru zwanego kwasem sialowym, którym pokryte są wszystkie ludzkie komórki. Kiedy komórka odpornościowa wyczuwa kwas sialowy poprzez CD33, rozpoznaje drugą komórkę jako część ciała i nie atakuje jej, zapobiegając odpowiedzi autoimmunologicznej.

Receptor CD33 jest również wyrażany w komórkach odpornościowych mózgu zwanych mikroglejem, gdzie pomaga kontrolować zapalenie nerwów. Jednak mikroglej odgrywa również ważną rolę w usuwaniu uszkodzonych komórek mózgowych i płytek amyloidowych związanych z chorobą Alzheimera. Wiążąc się z kwasami sialowymi na tych komórkach i blaszkach, normalne receptory CD33 faktycznie hamują tę ważną funkcję glejową i zwiększają ryzyko demencji.

Tu właśnie pojawia się nowy wariant genetyczny. Gdzieś na linii ewolucyjnej, ludzie wyłapali dodatkową zmutowaną formę CD33, której brakuje miejsca wiązania cukru. Zmutowany receptor nie oddziałuje już z kwasami sialowymi na uszkodzonych komórkach i płytkach, umożliwiając mikroglejowi ich rozkład. Rzeczywiście, niezależnie stwierdzono, że wyższe poziomy tego wariantu CD33 chronią przed chorobą Alzheimera o późnym początku.

Starając się zrozumieć, kiedy ten wariant genetyczny pojawił się po raz pierwszy, współautor Ajit Varkey, MD, Distinguished Professor of Medicine and Cellular and Molecular Medicine na University of California San Diego School of Medicine, wraz z kolegami znaleźli dowody na silną selekcję pozytywną: sugerując, że coś, co napędzało gen ewoluowało szybciej niż oczekiwano.

Odkryli również, że ta konkretna kopia CD33 nie była obecna w genomach neandertalczyków i denisowian, naszych najbliższych krewnych ewolucyjnych.

„W przypadku większości różnych genów u ludzi i szympansów neandertalczycy zwykle mają tę samą wersję co ludzie, więc było to dla nas naprawdę zaskakujące” – powiedział Varkey. „Te odkrycia sugerują, że mądrość i opieka nad zdrowymi przodkami mogły być ważną ewolucyjną przewagą, jaką mieliśmy nad innymi starożytnymi gatunkami homininów”.

Varkey prowadził badania z dr Pascalem Gagnoux, profesorem patologii na Uniwersytecie Kalifornijskim w San Diego School of Medicine oraz profesorem na wydziale antropologii. Autorzy stwierdzili, że badanie dostarcza nowych dowodów wspierających hipotezę nowości.

Jednak teoria ewolucyjna mówi, że sukces reprodukcyjny jest głównym motorem selekcji genetycznej, a nie poreprodukcyjne zdrowie poznawcze. Więc co spowodowało rozprzestrzenienie się tej zmutowanej formy CD33 u ludzi?

Autorzy sugerują, że jedną z możliwości jest to, że wysoce zaraźliwe choroby, takie jak rzeżączka, które mogą być szkodliwe dla zdrowia reprodukcyjnego, mogą mieć wpływ na rozwój człowieka. Bakterie rzeżączki otaczają się tymi samymi polisacharydami, z którymi wiąże się receptor CD33. Jak wilk w owczej skórze, bakterie mogą oszukać ludzkie komórki odpornościowe, aby nie rozpoznały ich jako zewnętrznych najeźdźców.

Naukowcy sugerują, że zmodyfikowana wersja CD33 bez miejsca wiązania cukru pojawiła się jako ludzka adaptacja przeciwko „molekularnej mimice” rzeżączki i innych patogenów. W rzeczywistości potwierdzili, że jedna z mutacji specyficznych dla człowieka była w stanie całkowicie znieść interakcję między bakterią a CD33, umożliwiając komórkom odpornościowym ponowne zaatakowanie bakterii.

Podsumowując, autorzy uważają, że ludzie początkowo odziedziczyli zmutowaną formę CD33 w celu ochrony przed rzeżączką w wieku rozrodczym, a następnie mózg wybrał ten wariant genetyczny ze względu na jego korzyści w walce z demencją.

„CD33 jest prawdopodobnie jednym z kilku genów, które zostały wyselekcjonowane ze względu na ich przeżycie przeciwko zakaźnym patogenom we wczesnym okresie życia, ale następnie są wybierane wtórnie ze względu na ich działanie ochronne przeciwko demencji i innym chorobom związanym ze starzeniem się” – powiedział Gagnox.

Współautorami są: Sudeshna Saha, Nazanin Khan, Andrea Verhagen, Aniruda Sasmal, Sandra Diaz z UCSD, Troy Comey, Joshua M. Aki z Princeton University, Hai Yu i Shi Chin z UC Davis oraz Martin Frank z Biognos A. ja. .

Zobacz też

Finansowanie: Praca ta była finansowana przez National Institutes of Health (Grant R01GM32373) i Alzheimer’s Treatment Fund.

O tej wiadomości z genetyki i neuronauki ewolucyjnej

autor: Scott La Vi
źródło: Uniwersytet Kalifornijski
Kontakt: Scott La Vie – Uniwersytet Kalifornijski
obrazek: Obraz przypisany do National Institutes of Health

oryginalne wyszukiwanie: otwarty dostęp.
„Ewolucja alleli specyficznych dla człowieka, które chronią funkcje poznawcze babciAutor: Ajit Varkey i in. Biologia molekularna i ewolucja

Streszczenie

Ewolucja alleli specyficznych dla człowieka, które chronią funkcje poznawcze babci

Receptor szpikowy CD33 (Siglec-3) hamuje wrodzoną reakcję immunologiczną poprzez rozpoznanie zewnątrzkomórkowej grupy V domeny kwasu sialowego (Sia) zawierającej „samopowiązane wzorce molekularne” (SAMP). Wcześniej wykazaliśmy, że grupa V ma niedobór domeny CD33Zmieniony allel, allele ochronne choroby Alzheimera o późnym początku (LOAD), wyprowadza się i przypisuje szczepowi homininy.

Obecnie donosimy o wielu mutacjach w domenie hominid CD33 V-set. Z powodu mutacji utraty stałej funkcji homininy w CMAH Gene, ludziom brak nKwas glikolinoraminowy (Neu5Gc), korzystny ligand Sia dla przodka CD33. Analiza mutacji i symulacje MD wskazują, że spójna zmiana w aminokwasie 21 domeny grupy homininy V i zmiany konformacyjne związane z His45 zostały skorygowane o utratę Neu5Gc przez przełączenie na nKwas acetyloneuraminowy (Neu5Ac) – identyfikacja.

Pokazujemy, że ludzkie patogeny Neisseria gonorrhoeae i grupa b Paciorkowiec selektywnie wiążą huCD33 jako część immunologicznej mimikry molekularnej gospodarza SAMP i że na to wiązanie znacząco wpływa modyfikacja aminokwasów 21.

Oprócz ochronnego OBCIĄŻENIA CD33 Allele, ludzie niosą pochodzące z całej populacji i ochronne warianty poznania w kilku innych loci. Co ciekawe, 11 z 13 polimorfizmów w tych ludzkich genach (w tym CD33) nie są wspólne dla genomów starożytnych homininów: neandertalczyków i denisowian.

Przedstawiamy prawdopodobny scenariusz ewolucyjny, aby zsyntetyzować, powiązać i zrozumieć aktualną wiedzę na temat ewolucji huCD33 i sugerujemy, że nowość pojawiła się u ludzi.