🐃 🔻 👌🏾 Kesulitan dalam ayah kuda laut: metamorfosis genetik dari sistem kekebalan tubuh 🍐 🤷🏽 🚵🏽

Di alam, itu penuh dengan fenomena dan proses misterius yang tidak dapat selalu dijelaskan segera, memilah semua komponen. Salah satu dari proses ini adalah kehamilan. Tentu saja, kita semua tahu bagaimana proses ini dimulai dan apa hasilnya. Namun, kehamilan pada manusia tidak sama dengan kehamilan di kuda laut. Perbedaan yang paling jelas adalah jenis kelamin individu yang hamil - pada pasangannya adalah laki-laki. Dan di sini sejumlah pertanyaan muncul mengenai sistem kekebalan tubuh laki-laki, yang harus menjalani metamorfosis serius agar tidak membunuh keturunan di masa depan, tetapi pada saat yang sama melindungi laki-laki dari mikroorganisme asing. Sekelompok ilmuwan dari Pusat Penelitian Kelautan. Helmholtz (Kiel, Jerman) mempelajari sistem kekebalan tubuh dari 12 spesies syngnatine (ikan jarum) dan kuda laut.Perubahan apa yang terjadi pada tubuh ayah masa depan selama kehamilan dan bagaimana informasi ini dapat membantu orang dalam memerangi penyakit pada sistem kekebalan tubuh? Kami belajar tentang ini dari laporan para ilmuwan. Pergilah.

Kehamilan adalah pertahanan alami terkuat dari keturunan di masa depan. Perlindungan terhadap perubahan suhu, dari anoksia, dari stres osmotik, dll. Seorang ibu atau ayah masa depan menjadi benar-benar aman dengan sistem pendukung kehidupan yang terintegrasi, yang membutuhkan investasi yang mengesankan dari mereka, yang memanifestasikan diri dalam bentuk perubahan anatomi dan fisiologis dalam tubuh mereka sendiri.

Dari sudut pandang imunologi, perubahan yang paling signifikan adalah penerimaan, dan bukan penolakan, embrio yang membawa alel (secara kasar, gen) tidak hanya pada individu yang hamil, tetapi juga orang tua kedua. Dengan kata lain, jika sistem kekebalan tidak membangun kembali, embrio menjadi benda asing yang harus dihancurkan. Tetapi konfigurasi ulang sistem kekebalan tubuh memiliki kelemahan - penurunan perlindungan terhadap berbagai patogen.

Vertebrata memiliki variasi gen yang unikkompleks histokompatibilitas utama * (GCHS) kelas I dan II memainkan peran kunci dalam proses penentuan “teman atau musuh” (sel asli dan alien).

Kompleks histokompatibilitas utama * adalah bagian dari genom atau keluarga gen yang bertanggung jawab untuk pengembangan imunitas.

Salah satu bentuk perlindungan embrio terhadap penolakan adalah trofoblas - lapisan luar sel blastokista (tahap awal perkembangan embrio), yang membentuk lapisan luar awal cangkang embrio.

Trofoblas tidak mengekspresikan HCH II dan dengan demikian mencegah presentasi antigen pada sel T-helper ( Th * ) ibu , yang mencegah respons imun. Selain itu, ada penekanan ekspresi gen HCH I (HLA-A, -B dan -D).

Th* (-) — T-, ( ).

Adaptasi imunologis ini dimediasi oleh hubungan silang antara trofoblas plasenta dan sel imun uterus, khususnya sel pembunuh alami dan sel T regulator (Treg). Treg menekan respon imun Th1 - ini dikonfirmasi oleh fakta bahwa kekurangan Treg menyebabkan keguguran.

Untuk lebih memahami evolusi kehamilan dan interaksi molekuler yang sesuai dalam tubuh, para ilmuwan memutuskan untuk mempelajari beberapa orang tua yang paling tidak biasa di planet ini, yaitu perwakilan dari skuad Syngnathiformes . Spesies dalam urutan ini menunjukkan berbagai kehamilan pada laki-laki: perlekatan eksternal telur ke perut (dalam subfamili Nerophinae ); perlindungan eksternal tambahan melalui kantong kulit (dalam Doryrhamphus ,Oosthethus dan Solegnathiinae ); kehamilan internal (dalam Syngnathus ), dll. (gambar No. 1).

Image No. 1

Dalam dua kelahiran terakhir, sel telur yang dibuahi (dan kemudian embrio yang menetas) ditutupi dan diintegrasikan secara efisien oleh jaringan induk dan disuplai dengan nutrisi, oksigen, dan kekebalan orangtua melalui organ seperti plasenta.

Teori utama yang dipertimbangkan dalam penelitian ini adalah modifikasi genom dari sistem imun adaptif, yang memastikan adopsi embrio, yaitu toleransi imunologis.

Hasil penelitian

Untuk penelitian ini, data genetik dari 12 spesies Syngnathiformes dikumpulkan . Analisis filogenetik menunjukkan bahwa urutan Syngnathiformes sudah berusia sekitar 80 juta tahun. Spesies yang termasuk dalam urutan ini menunjukkan ukuran genom yang agak bervariasi: dari 347 Mbp di Syngnathus rostellatus menjadi 1,8 Gbp di Entelurus aequoreus (1 Mbp = 106 bp; 1 Gbp = 109 bp, di mana bp berpasangan basis * ).

Basa berpasangan * - sepasang dua basa nukleotida nitrogen pada rantai asam nukleat komplementer.

Anehnya, spesies Syngnathiformes yang tidak memiliki kehamilan laki-laki ( Fistularia Tabacaria , Mullus surmuletus , volitans Dactylopterus , Aeoliscus strigatus dan Macroramphorus scolopax ) memiliki genom yang lebih besar dari kedua jenis kelamin dengan kehamilan laki-laki penuh (yaitu, semua spesies Hippocampus dan Syngnath ) . Sebaliknya, ikan jarum Nerophinae dengan kehamilan eksternal pria ( Nerophis ophidion dan E. aequoreus ) memiliki genom yang lebih besar secara signifikan.

Untuk membandingkan modifikasi imunitas adaptif dengan tahap kehamilan, para ilmuwan menganalisis satu set gen kunci dari genom yang dikumpulkan.

MCHC I dan MCHC II sangat penting untuk pengenalan peptida yang tidak tepat, masing-masing menghadirkannya ke sel T CD8 + dan CD4 +. Jika teori peneliti benar, maka semua spesies dengan kehamilan laki-laki telah mengalami modifikasi yang signifikan pada sistem kekebalan adaptif mereka, yang ditandai dengan kehilangan atau perubahan gen kunci HCHS II (gambar No. 2).

Image No. 2 Rantai

invarian HKGS II ( CD74 * ), mencegah pengikatan peptida prematur MHC II, menunjukkan ekson berbeda * 3 di Syngnathus dan Hippocampus dibandingkan dengan mamalia dan ikan bertulang lainnya (gambar No. 3).

CD74 * (rantai invarian) adalah protein membran yang terlibat dalam fungsi sistem kekebalan tubuh.

Exon * adalah situs DNA, salinannya adalah RNA matang.

Gambar 3

Selain itu, urutan penggantian ekson 6b ditemukan pada spesies Hippocampus, sementara Syngnathus menunjukkan ekson yang berbeda dibandingkan dengan ikan dan manusia lainnya. Kedua ekson (3 dan 6b) terletak di daerah protein yang menonjol ke dalam lumen endosom * .

Endosom * - organel intraseluler membran yang dibentuk oleh fusi dan pematangan vesikel endositosis.

Para ilmuwan percaya bahwa proses inilah yang mengganggu fungsi CD74. Perubahan paling signifikan dalam genom Syngnathus adalah hilangnya gen yang mengkode rantai α dan β klasik HCH II. Hasilnya adalah menonaktifkan presentasi antigen pada reseptor sel T pada CD4 + T-limfosit. Hal ini dikonfirmasi oleh hilangnya CD4, yang memastikan keberhasilan pengikatan reseptor dan aktivasi limfosit T CD4 + (AICDA). Satu-satunya gen HCGS II kanonik yang tersisa dalam genom Syngnathus adalah regulator autoimun yang mengontrol toleransi pusat ketika sel T atau B yang berkembang yang merespons diri dihilangkan.

Totalitas data secara langsung menunjukkan bahwa Syngnathus kehilangan MCHS II.

Dengan hippocampussituasinya jauh lebih rumit. Modifikasi serupa, seperti pada Syngnathus untuk gen CD74, diamati sehubungan dengan ekson 3 yang berbeda dan penggantian ekson 6b. Penting untuk dicatat bahwa tidak ada kehilangan gen HCHG II yang diamati, seperti pada ketiga spesies Syngnathus .

Namun, dalam Hippocampus urutan gen HCHS II, khususnya β-salinan, sangat berbeda dari gen fungsional HCHS II yang ditemukan pada spesies dengan fungsi HCHS II (bass laut, salmon, dll). Selain itu, dalam struktur tersier * gen HCCG II Hippocampus β, tidak ada dua jembatan sistein kritis * , yang diperlukan untuk pembentukan kantung pengikat peptida dari molekul MHC II.

* — , .

* .

Sebuah studi yang lebih teliti dari rantai invarian yang mengkode gen CD74 juga menunjukkan bahwa evolusi imunitas adaptif berjalan dengan cara yang berbeda dalam dua genera yang terkait, Syngnathus dan Hippocampus .

Sementara gen utama dari jalur HCHG II hilang di Syngnathus , di Hippocampus mereka dipertahankan dan menunjukkan perbedaan urutan yang jelas dibandingkan dengan ikan tulang dan manusia lainnya. Para peneliti memiliki beberapa kemungkinan penjelasan untuk Hippocampus HCH II .

Yang pertama adalah perbedaan antara urutan gen HCGS II utama, tidak seperti ikan lainnya, ditambah tanda-tanda seleksi positif dapat menunjukkan bahwa dalam Hippocampus gen untuk HCGS II memperoleh fungsi tambahan atau sama sekali baru.

CD74 adalah kunci untuk berfungsinya MCHS II. Meskipun protein CLIP CD74 (exon 3) biasanya dikaitkan dengan HCH II, sisa ekson CD74 bertindak sebagai transfer, mengangkut HCH II di kompartemen pemuatan. Hilangnya exon 6b di hippocampus dapat mengindikasikan proses pemuatan yang terganggu. Akibatnya, sistem HCHC II di Hippocampus cenderung kurang efektif tidak seperti vertebrata lain, yang mungkin cukup untuk pengembangan kehamilan penuh pada pria.

Yang kedua - GKGS II, mungkin, tidak rusak dalam hal fungsinya, terlepas dari ekson CD74 yang hilang dan berbeda karena restrukturisasi fungsional sistem kekebalan tubuh. Namun, pilihan ini sangat tidak mungkin, karena tes pada tikus dengan ekspresi transgenik dari protein CD74 singkat, yang tidak memiliki wilayah CLIP (di Hippocampus, itu berbeda dari sisa ikan tulang), menunjukkan bahwa CD74 tidak dapat mengangkut HCH II.

Sedangkan untuk HCHS I, sebuah penelitian terbaru tentang Gadiformes (berbentuk cod) menunjukkan hilangnya HCHS II secara independen, dari mana sebuah teori diusulkan - diversifikasi gen HCHS I mengkompensasi hilangnya fungsional HCHS II.

Untuk menguji penerapan teori ini ke Syngnathidae(jarum), jumlah gen HCG I diperkirakan menggunakan ekson paling konservatif 4. Penilaian ini menunjukkan bahwa jumlah gen ini pada semua spesies dengan kehamilan penuh pada jantan lebih tinggi dibandingkan dengan spesies tanpa itu: Nerophinae dengan kehamilan eksternal pada jantan - 27– 42 salinan; Hippocampus dan Syngnathus dengan kehamilan penuh - 20-36 dan 24-44 salinan; spesies tanpa jantan hamil - 5-10 eksemplar.

Sementara semua sekuens HCGS I yang teridentifikasi dalam Syngnathiformes adalah bagian dari garis U, sekelompok sekuens HCGS I yang terpisah dalam Syngnathid mendukung potensi ko-evolusi HCGS I dan kehamilan pria.

Selain itu, gen-gen kunci HCHS I, seperti β2-microglobulin dan CD8, termasuk dalam seleksi positif (ketika perubahan genetik bermanfaat spesies baru mulai berkembang) pada yang jarum. Oleh karena itu, sebagian fungsi beralih dari GKGS II ke GKGS I, karena hilangnya atau perubahan total GKGS II.

Perlu juga dicatat bahwa kehamilan apa pun berhubungan dengan perubahan fisiologis tertentu. Dalam kasus jarum, perubahan gen hemoglobin diamati, yang berkontribusi pada transfer oksigen yang lebih baik selama kehamilan pada pria. Pertama, semua jarum kehilangan gen hemoglobin alfa 6. Kedua, spesies dengan kehamilan lengkap pada jantan ( Syngnathus dan Hippocampus ) juga kehilangan alfa 5. Namun, kehilangan ini dikompensasi oleh gen alfa 1 dan alfa 2 yang didapat.

Tahap selanjutnya dari penelitian ini adalah untuk menemukan jawaban atas pertanyaan - apakah ada kompatibilitas gen dan proses fisiologis tertentu selama kehamilan wanita dan pria untuk evolusi toleransi imunologis. Untuk ini, analisis pola ekspresi gen dalam jaringan kantung induk S. typhle dilakukan.

Dua kelompok laki-laki mengambil bagian dalam analisis: dengan kantung induk yang belum berkembang dan berkembang penuh. Semua gen yang diekspresikan secara berbeda dicari fungsi potensial menggunakan homologi, yaitu dengan membandingkan fungsi yang diuraikan selama kehamilan pada mamalia betina (kadal dari spesies Chalcides ocellatus atau chalcid okular ) dan pada kehamilan pria ( S. scovelli dan Hippocampus abdominalis ).

Sebanyak 141 gen ditemukan, yang satu atau lain cara berbeda selama kehamilan pria di S. typhle dan S. scovelli . Arah ekspresi dalam gen yang diekspresikan berbeda berkorelasi antara S. typhle dan S. scovelli , menyiratkan bahwa peningkatan atau penurunan regulasi selama kehamilan pada dasarnya sama pada kedua spesies jarum. Secara khusus, ini dimanifestasikan dalam empat gen dengan peningkatan regulasi paling nyata selama kehamilan (MYOC, HCEA, LS-12, APOA1) dan untuk dua gen yang menunjukkan penurunan regulasi selama kehamilan (STX2 dan MSXC).

Ditemukan bahwa 116 gen yang terlibat dalam proses penting selama kehamilan pada manusia diekspresikan secara berbeda selama kehamilan pria di S. typhle . Gen-gen ini terlibat dalam degradasi corpus luteum, pengangkutan zat induk-embrio, perkembangan plasenta, pertumbuhan embrio, dll. (gambar No. 4).

Gambar No. 4

Dengan kata lain, tidak dapat dikatakan bahwa laki-laki selama kehamilan diubah menjadi perempuan pada tingkat genetik. Namun, rangkaian genetik mereka mengalami perubahan tertentu, yaitu ada serangkaian gen campuran dan jalur fisiologis serupa untuk interaksi molekul.

Gambar No. 5

Tahap terakhir dari penelitian ini adalah studi tentang perubahan ekspresi gen imun yang menyertai modifikasi HCHS II dan perluasan repertoar gen HCHS I.

Bersama-sama, perubahan yang diamati dalam ekspresi gen selama kehamilan pria berkontribusi pada toleransi imunologis selama kehamilan, yang terbukti dari repertoar gen.

Secara khusus, perubahan dalam ekspresi pro-inflamasi Th1 dan anti-inflamasi Th2 dan penekanan simultan HCH I selama kehamilan pada pria yang menyerupai perubahan ekspresi selama kehamilan mamalia telah diidentifikasi. Ada juga penekanan pembentukan dan proliferasi limfosit karena penekanan protein CHIA dan MEF2C, aktivasi GIMAP4 (meningkatkan apoptosis limfosit) dan karena peningkatan regulasi represor transkripsi PRDM1 (yang mempromosikan pertumbuhan plasenta dan morfogenesis).

Sesuai dengan transisi dari respon imun Th1 ke Th2 selama kehamilan pada mamalia, protein CEBPB, yang menekan Th1 tetapi memfasilitasi respon imun Th2, meningkat selama kehamilan laki-laki di jarum.

Pada akhir kehamilan, gen GPR97 dan MFNG (keduanya bertanggung jawab untuk diferensiasi sel-B) mengalami penurunan regulasi bersama dengan gen NFATC4 dan HAVCR1, yang terlibat dalam pematangan sel-T.

Dengan analogi dengan kehamilan manusia, CASP3 memodifikasi HCHS I untuk mempertahankan toleransi imunologis, oleh karena itu, CASP3 berbasis jarum pria meningkat selama kehamilan.

Untuk seorang kenalan yang lebih mendetail dengan nuansa penelitian ini, saya sarankan Anda melihat laporan para ilmuwan dan bahan tambahan untuk itu.

Epilog

Dalam studi ini, para ilmuwan menunjukkan bahwa kuda laut dan spesies lain dengan kehamilan jantan mengalami perubahan luar biasa dalam sistem kekebalan tubuh mereka, kehilangan salah satu unsur terpentingnya - HCH II. Selain kerugian ini, ada penurunan aktivitas elemen kedua - MHC I, yang diamati selama kehamilan pada mamalia betina.

Seperti yang dikatakan oleh para ilmuwan sendiri, perubahan seperti itu mungkin tampak tidak signifikan, tetapi metamorfosis genetik yang radikal dapat dibandingkan dengan penemuan spesies baru.

Mempelajari kehamilan di kuda laut jantan tidak hanya membantu untuk lebih memahami makhluk-makhluk ini, tetapi juga membantu memperluas pengetahuan kita di bidang imunologi. Misalnya, gen yang hilang selama evolusi jarum menyandikan jalur molekuler yang diserang oleh human immunodeficiency virus.

Para ilmuwan mengatakan bahwa titik jarum yang dapat bertahan hidup tanpa komponen imunitas yang penting dapat menjadi model penelitian yang sangat baik. Memang, pemahaman tentang perubahan genetik yang terkait dengan pembentukan toleransi imun selama kehamilan jarum dapat membantu dalam memahami mekanisme perkembangan penyakit kekebalan tubuh pada manusia.

Jumat off-top:

, .

Off Top 2.0:

, .

Terima kasih atas perhatian Anda, tetap penasaran dan selamat berakhir pekan, semuanya! :)

Sedikit iklan :)

Terima kasih untuk tetap bersama kami. Apakah Anda suka artikel kami? Ingin melihat materi yang lebih menarik? Dukung kami dengan melakukan pemesanan atau merekomendasikan kepada teman Anda, cloud VPS untuk pengembang dari $ 4,99 , analog unik dari server entry-level yang diciptakan oleh kami untuk Anda: Seluruh kebenaran tentang VPS (KVM) E5-2697 v3 (6 Cores) 10GB DDR4 480GB SSD 1Gbps mulai dari $ 19 atau cara membagi server? (opsi tersedia dengan RAID1 dan RAID10, hingga 24 core dan hingga 40GB DDR4).

Dell R730xd 2 kali lebih murah di pusat data Equinix Tier IV di Amsterdam? Hanya kami yang memiliki 2 x Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2.6GHz 14C 64GB DDR4 4x960GB SSD 1Gbps 100 TV dari $ 199 di Belanda!Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - mulai dari $ 99! Baca tentang Cara Membangun Infrastruktur Bldg. kelas c menggunakan server Dell R730xd E5-2650 v4 seharga 9.000 euro untuk satu sen?

Kesulitan dalam ayah kuda laut: metamorfosis genetik dari sistem kekebalan tubuh

Hasil penelitian

Epilog

Sedikit iklan :)

More articles: