Разкрита е еволюционната загадка на молекулата на човешката имунна система

Имунната система „заема“ протеин от друг биологичен процес, използва го за свои цели и не го връща обратно на първоначалната система, установиха учени. Изследователите са открили произхода на съединителната верига на имуноглобина (J-верига) – важна имунна молекула. Те са установили, че преди имунната система да го адаптира еволюционно, този протеин първоначално е принадлежал към семейство гени, отговорни за способността на белите кръвни телца да се движат из тялото. По този начин J-веригата сега изпълнява съвсем различна функция – регулира антителата. Това откритие може да има важни последици за разбирането на имунната система и разработването на нови терапии.

Като имуноглобина и адаптивния имунитет, подобен на човешкия, J-веригата произхожда от челюстните гръбначни животни. Но произходът ѝ си остана загадка след откриването ѝ преди повече от 50 години.

J-веригата сглобява и стабилизира двата вида антитела, наречени имуноглобин М (IgM) и имуноглобин А (IgA). Тя регулира структурата на тези антитела и гарантира, че те се придвижват през лигавичните тъкани като червата, носната кухина и белите дробове, когато влизат в контакт с външната среда. Сега изследователите откриха, че J-веригата произхожда от CXCL хемокините. Towa e специално семейство протеини, които регулират способността на белите кръвни клетки да се придвижват в тялото. Движението, контролирано от хемокините, е жизненоважна функция на имунната система, но изглежда, че J-веригата не се занимава с това.

Еволюционно новите гени често се генерират от гени, които са физически разположени близо един до друг в хромозомата. Тези гени са склонни да останат групирани заедно, дори когато придобиват различни функции. Местоположението обаче не е единственият решаващ фактор при определянето на произхода. Еволюционната родственост на гените може да се установи, когато два гена имат сходни нуклеотидни последователности или кодирани аминокиселинни последователности. Но при предишните изследвания не е открит нито един ген, който да има сходство в последователността с гена на J-веригата. Вероятно последователността на гена на J-веригата е била още първоначално бързо променена.

В началото учените са имали предположение, че J-веригата е свързана с групата гени на секреторния калций-свързващ фосфопротеин (SCPP) поради сходния им заряд и нива на аминокиселината пролин. Оказа се обаче, че SCPP и J-веригата не са свързани. Но гените от противоположната страна на J-веригата, далеч от SCPP гените, имали връзки с J-веригата. Това са гените на хемокините CXCL.

Въпреки че CXCL хемокиновите гени и гените на J-веригата нямат сходни ДНК последователности, те имат някои общи характеристики. Например броят на екзоните и фазите на интроните, които контролират създаването на протеини, са сходни и в двата гена. Освен това вторият екзон и на двата гена кодира една и съща последователност, известна като класическия трипептид цистеин-Х-цистеин. Дължината на трите екзона също е сходна.

Нито един друг ген, кодиращ производството на всички протеини, които могат да бъдат секретирани от клетките в човешкото тяло, не притежава и трите тези характеристики. Но връзките между цистеиновите молекули, кодирани от втория екзон на всеки ген, са различни. Това означава, че хемокинът може до голяма степен да промени структурата си и да придобие нова функция.

Според екипа това изследване осигурява преди всичко фундаментално разбиране на имунната система и свързаните с нея гени. Откритието обаче може да допринесе и за разработването на нови лечения, включително персонализирани имунни отговори. В бъдеще изследователите планират да проучат дали хемокините могат да изпълняват и други функции, особено в имунната система. Те възнамеряват също така да изследват гъвкавостта на структурата на хемокините и способността им да приемат нови форми в зависимост от биологичните нужди.