Гонорея дала нам предков?

Резюме: Исследователи определили группу генетических мутаций, которые защищают от снижения когнитивных функций у пожилых людей. Новое исследование предполагает, что избирательное давление со стороны инфекционных патогенов, таких как гонорея, могло усилить появление этой генетической вариации у Homo sapiens.

источник: Калифорнийский университет

Исследователи из Медицинской школы Калифорнийского университета в Сан-Диего ранее обнаружили группу генетических мутаций человека, которые защищают пожилых людей от снижения когнитивных функций и деменции.

В новом исследовании, опубликованном 9 июля 2022 г. Молекулярная биология и эволюцияОни сосредотачиваются на одном из этих мутантных генов и пытаются проследить его эволюцию — когда и почему он появился в геноме человека.

Результаты показывают, что избирательное давление со стороны инфекционных патогенов, таких как гонорея, могло усилить появление этого варианта гена у здравомыслящий человеки непреднамеренно поддерживал существование предков в человеческом обществе.

Биология большинства видов животных была улучшена для размножения, часто за счет будущего здоровья и увеличения продолжительности жизни. Фактически, люди являются одним из немногих известных видов, переживших менопаузу.

Согласно «гипотезе бабушки», это связано с тем, что пожилые женщины оказывают важную поддержку в воспитании младенцев и детей, которые нуждаются в большем уходе, чем младшие представители других видов. Сейчас ученые пытаются понять особенности биологии человека, которые делают возможным это долговременное здоровье.

Когда исследователи ранее сравнивали геномы людей и шимпанзе, они обнаружили, что у людей есть уникальная копия гена CD33, рецептора, экспрессируемого в иммунных клетках. Стандартный рецептор CD33 связывается с типом сахара, называемым сиаловой кислотой, которым покрыты все клетки человека. Когда иммунная клетка чувствует сиаловую кислоту через CD33, она распознает другую клетку как часть тела и не атакует ее, предотвращая аутоиммунный ответ.

Рецептор CD33 также экспрессируется в иммунных клетках головного мозга, называемых микроглией, где они помогают контролировать нейровоспаление. Однако микроглия также играет важную роль в удалении поврежденных клеток головного мозга и амилоидных бляшек, связанных с болезнью Альцгеймера. Связываясь с сиаловыми кислотами на этих клетках и бляшках, нормальные рецепторы CD33 фактически ингибируют эту важную функцию глии и повышают риск развития деменции.

Вот где появляется новый генетический вариант. На каком-то этапе эволюции люди подхватили дополнительную мутантную форму CD33, в которой отсутствует сайт связывания сахара. Мутировавший рецептор больше не взаимодействует с сиаловыми кислотами на поврежденных клетках и пластинах, позволяя микроглии разрушать их. Действительно, независимо было обнаружено, что более высокие уровни этого варианта CD33 защищают от болезни Альцгеймера с поздним началом.

Пытаясь понять, когда этот генетический вариант впервые появился, соавтор Аджит Варки, доктор медицинских наук, заслуженный профессор медицины и клеточной и молекулярной медицины в Медицинской школе Калифорнийского университета в Сан-Диего, и его коллеги обнаружили доказательства сильного положительного отбора. предполагая, что что-то Что заставляло ген развиваться быстрее, чем ожидалось.

Они также обнаружили, что именно этой копии CD33 не было в геномах неандертальцев или денисовцев, наших ближайших эволюционных родственников.

«Большинство различных генов у людей и шимпанзе, у неандертальцев обычно те же версии, что и у людей, поэтому это было для нас действительно удивительно», — сказал Варки. «Эти результаты показывают, что мудрость и забота здоровых предков могли быть важным эволюционным преимуществом, которое мы имели перед другими древними видами гоминидов».

Варки руководил исследованием вместе с Паскалем Ганью, доктором философии, профессором патологии Калифорнийского университета, Медицинской школы Сан-Диего и профессором кафедры антропологии. Авторы заявили, что исследование предоставляет новые доказательства, подтверждающие гипотезу о новизне.

Однако эволюционная теория утверждает, что основной движущей силой генетического отбора является репродуктивный успех, а не пострепродуктивное когнитивное здоровье. Так что же вызвало распространение этой мутировавшей формы CD33 среди людей?

Авторы предполагают, что одна из возможностей заключается в том, что высококонтагиозные заболевания, такие как гонорея, которые могут нанести вред репродуктивному здоровью, могут влиять на развитие человека. Бактерии гонореи инкапсулируются теми же полисахаридами, с которыми связывается рецептор CD33. Подобно волку в овечьей шкуре, бактерии могут обманывать иммунные клетки человека, заставляя их не распознавать их как внешних захватчиков.

Исследователи предполагают, что модифицированная версия CD33 без сайта связывания сахара возникла как человеческая адаптация против «молекулярной мимикрии» гонореи и других патогенов. Фактически они подтвердили, что одна из специфичных для человека мутаций способна полностью отменить взаимодействие между бактериями и CD33, позволяя иммунным клеткам снова атаковать бактерии.

В целом, авторы считают, что люди изначально унаследовали мутированную форму CD33 для защиты от гонореи в детородном возрасте, а мозг впоследствии выбрал этот генетический вариант из-за его преимуществ против деменции.

«CD33, вероятно, является одним из нескольких генов, которые были отобраны из-за их преимуществ в выживании против инфекционных патогенов в раннем возрасте, но затем отобраны во вторую очередь из-за их защитных эффектов против деменции и других заболеваний, связанных со старением», — сказал Ганьокс.

Соавторы: Судешна Саха, Назанин Хан, Андреа Верхаген, Анируда Сасмал, Сандра Диас из Калифорнийского университета в Сан-Франциско, Трой Коми, Джошуа М. Аки из Принстонского университета, Хай Ю и Ши Чин из Калифорнийского университета в Дэвисе, а также Мартин Франк из Биогнос А. с мне. .

Финансирование: Эта работа финансировалась Национальным институтом здравоохранения (грант R01GM32373) и Фондом лечения болезни Альцгеймера.

Об этих новостях генетики и эволюционной нейронауки

Резюме

Эволюция специфических для человека аллелей, защищающих когнитивную функцию бабушек

Миелоидный рецептор CD33 (Siglec-3) подавляет врожденную иммунную реакцию, распознавая внеклеточный домен группы V сиаловой кислоты (Sia), содержащий «самоассоциированные молекулярные паттерны» (SAMP). Ранее мы показали, что группа V не имеет домена CD33Измененный аллель, защитные аллели болезни Альцгеймера с поздним началом (LOAD), получен и отнесен к штамму гоминина.

Теперь мы сообщаем о множественных мутациях в домене CD33 V-set гомининов. Из-за мутации потери фиксированной функции гоминина в CMAH Гена, людям не хватает н-Глихолелиолинораминовая кислота (Neu5Gc), предпочтительный Sia-лиганд наследственного CD33. Анализ мутаций и моделирование методом МД показывают, что последовательное изменение 21 аминокислоты домена группы V гоминина и конформационные изменения, связанные с His45, скорректировали потерю Neu5Gc путем переключения на нАцетилнейраминовая кислота (Neu5Ac) — идентификация.

Мы показываем, что патогены человека гонококковая нейссерия и группа б стрептококк избирательно связывают huCD33 как часть иммунной молекулярной мимикрии SAMP-хозяина, и на это связывание значительно влияет модификация аминокислот 21.

В дополнение к защитной НАГРУЗКЕ CD33 Аллели человека содержат производные, общепопуляционные и защитные варианты познания в нескольких других локусах. Интересно, что 11 из 13 полиморфизмов в этих генах человека (включая CD33) не являются общими для геномов древних гоминидов: неандертальцев и денисовцев.

Мы представляем вероятный эволюционный сценарий для синтеза, соотнесения и понимания существующих знаний об эволюции huCD33 и предполагаем, что новинка возникла у людей.