Get best of the week

海马亲权的困难：免疫系统的遗传变态



在自然界中，充满了神秘的现象和过程，无法总是立即对其进行解释，从而整理出所有组件。这些过程之一是怀孕。当然，我们都知道这个过程是如何开始的，结果是什么。但是，人类的怀孕与海马的怀孕不同。最明显的区别是怀孕个体的性别-在伴侣中是男性。关于雄性的免疫系统，这里出现了许多问题，该免疫系统必须经历严重的变态反应，以免杀死未来的后代，同时保护雄性免受外来微生物的侵害。来自海洋研究中心的一组科学家。 Helmholtz（德国基尔）研究了12种突触类（针鱼）和海马的免疫系统。未来父亲在怀孕期间的身体会发生什么变化，这些信息如何帮助人们抵抗免疫系统疾病？我们从科学家的报告中了解到这一点。走。


怀孕是未来后代的最强自然防御力。防止温度变化，缺氧，渗透压等未来的母亲或父亲将通过集成的生命支持系统成为真正的保险箱，这需要他们作出可观的投资，这些投资以自身身体的解剖和生理变化形式表现出来。

从免疫学的观点来看，最重要的变化是接受，而不是排斥携带胚胎的胚胎，而该胚胎不仅携带怀孕个体，而且携带第二亲本。换句话说，如果免疫系统无法重建，则胚胎变成必须被破坏的异物。但是免疫系统的重新配置有一个缺点-减少了对各种病原体的保护。

脊椎动物具有独特的基因I和II级的主要组织相容性复合物*（GCHS）在确定“朋友还是敌人”（本机细胞和外星人）的过程中起着关键作用。
主要的组织相容性复合体*是负责免疫发展的基因组或基因家族的一部分。
保护胚免受排斥的一种形式是滋养层细胞-胚泡细胞的外层（胚胎发育的早期阶段），它形成胚壳的初始外层。

滋养细胞不表达HCH II，因此阻止抗原呈递给母体T-辅助（Th *）细胞，从而阻止了免疫反应。另外，抑制了HCH I基因（HLA-A，-B和-D）的表达。
Th* (-) — T-, ( ).
这些免疫学适应性是由胎盘滋养细胞和子宫免疫细胞，特别是自然杀伤细胞和调节性T细胞（Tregs）之间的交联介导的。 Tregs抑制Th1免疫反应-事实证明，Tregs缺乏会导致流产。

为了更好地了解妊娠的演变以及体内相应的分子相互作用，科学家决定研究地球上一些最不寻常的父母，即Syngnathiformes小队的代表。该物种按此顺序在雄性中表现出广泛的怀孕：卵与腹部的外部附着（在Nerophinae家族中）；通过皮肤袋提供额外的外部保护（在Doryrhamphus中，Oosthethus and Solegnathiinae）; 内部妊娠（在Syngnathus中）等 （图1）。


第一张图片

在最后两胎中，受精卵（然后是孵出的胚）被母体组织覆盖并有效整合，并通过胎盘样器官提供营养，氧气和母体免疫力。

在这项研究中考虑的主要理论是适应性免疫系统的基因组修饰，可确保胚胎的通过，即 免疫耐受性。

研究成果


为了进行研究，收集了12种突齿龙的遗传数据。系统发育分析表明，Syngnathiformes的顺序已经有大约8000万年的历史。该顺序中包括的物种显示出相当大的基因组大小：从Syngnathus rostellatus中的 347 Mbp 到Entelurus aequoreus中的 1.8 Gbp （1 Mbp = 106 bp； 1 Gbp = 109 bp，其中bp是配对碱基*）。
配对碱基* -互补核酸链上的两个含氮核苷酸碱基对。
有趣的是，没有雄性妊娠的Syngnathiformes物种（烟实蝇，Mullus surmuletus，Dactylopterus volitans，Aeoliscus strigatus和Macroramphorus scolopax）的基因组要比具有完全雄性妊娠的男女性别（即海马和Syngnath的所有物种）都大。 。相比之下，外部雄性怀孕的Nerophinae针鱼（Nerophis ophidion和E. aequoreus）的基因组明显更大。

为了将适应性免疫的修饰与妊娠期进行比较，科学家从收集的基因组中分析了一组关键基因。

MCHC I和MCHC II对于识别不正确的肽极其重要，分别将它们呈递给CD8 +和CD4 + T细胞。如果研究人员的理论是正确的，那么所有雄性怀孕的物种都对其适应性免疫系统进行了重大修改，其特征是MHC II关键基因的丢失或改变（图2）。


影像2 HKGS

II 恒定链（CD74 *）阻止了MHC II的过早肽结合，显示了Syngnathus和海马中的外显子* 3 与哺乳动物和其他骨鱼类相比（图3）。
CD74 *（不变链）是一种参与免疫系统功能的膜蛋白。
外显子*是DNA的一部分，其副本是成熟的RNA。



图3

此外，在海马物种中发现了外显子6b替换序列，而Syngnathus与其他鱼类和人相比显示出不同的外显子。两个外显子（3和6b）都位于伸入内体*内腔的蛋白质区域。
内体* -由内吞小泡融合和成熟形成的膜细胞内细胞器。
科学家认为，正是这些过程破坏了CD74的功能，Syngnathus基因组中最重要的变化是丢失了编码HCH II经典α和β链的基因。其结果是使抗原无法呈递给CD4 + T淋巴细胞上的T细胞受体。 CD4的丢失证实了这一点，它可以确保受体成功结合并激活CD4 + T淋巴细胞（AICDA）。保留在Syngnathus基因组中的唯一规范性HCGS II基因是一种自身免疫调节剂，当消除任何对自身反应的正在发育的T或B细胞时，它可以控制中枢耐受。

数据总数直接表明Syngnathus失去了MCHS II。

与海马情况要复杂得多。对于发散的外显子3和外显子6b的替换，观察到与Syngnathus中CD74基因类似的修饰。重要的是要注意，正如在Syngnathus的所有三个物种中一样，没有观察到HCHG II基因的丢失。

然而，在海马中，HCHS II的基因序列，特别是β拷贝，与在具有HCHS II功能的物种（鲈鱼，鲑鱼等）中发现的HCHS II的其他功能基因有很大不同。而且，在HCCG II海马β基因的三级结构*中，没有两个关键的半胱氨酸桥*对于形成MHC II分子的肽结合口袋是必需的。
* — , .

* .
对编码CD74基因的恒定链进行的更彻底的研究也表明，在两个相关属Syngnathus和海马中，适应性免疫的进化途径不同。

虽然HCHG II途径的主要基因在Syngnathus中丢失了，但在海马中它们得以保留，并且与其他骨鱼和人类相比，它们显示出明显的序列差异。研究人员对海马 HCH II有几种可能的解释。

首先是主要HCGS II基因序列之间的差异，与其他鱼类不同，加上阳性选择的迹象可能表明，海马中HCGS II的基因获得了额外的功能或全新的功能。

CD74是MCHS II功能的关键。尽管CD74 CLIP蛋白（外显子3）通常与HCH II有关，但CD74的其余外显子可作为转移物，将HCH II运入装载区室。海马中外显子6b的丢失可能表明加载过程受到损害。因此，与其他脊椎动物不同，海马中的HCHC II系统的功效可能较差，后者可能足以使雄性完全怀孕。

第二种-GKGS II，尽管由于免疫系统的功能重组而使CD74外显子丢失和分散，但其功能可能并未被破坏。但是，这种选择的可能性很小，因为在具有短CD74蛋白的转基因表达的小鼠中进行的测试表明，CD74不能转运HCH II，而该CD74蛋白缺少CLIP区域（在海马中，它不同于其他骨鱼）。

至于HCHS I，最近对Gadiformes（鳕鱼形）的研究显示了HCHS II的独立丧失，从中提出了一个理论-HCHS I的基因多样化可以补偿功能性HCHS II的丧失。

检验该理论对合胞科的适用性（针），使用最保守的第4外显子估计HCG I基因的数量。该评估表明，与没有该基因的物种相比，男性中完全妊娠的所有物种中这些基因的数量更高：男性具有外部怀孕的神经虫-27– 42份；海马和Syngnathus完全妊娠-20-36和24-44份；没有怀孕雄性的物种-5-10份。

而在所有识别出的HCGS余序列海龙鱼目是在U线的一部分，在HCGS余序列的一个单独的集群Syngnathid支持HCGS I和男性怀孕的潜在共同进化。

此外，HCHS I的关键基因，例如β2-微球蛋白和CD8，在针状基因中属于阳性选择（当新的物种有益的遗传变化开始发展时）。因此，由于GKGS II的完全丢失或变更，部分功能从GKGS II变为GKGSI。

还值得注意的是，任何怀孕都与某些生理变化有关。如果是针状，观察到血红蛋白基因发生变化，这有助于男性怀孕期间更好的氧气转移。首先，所有针头的人都丢失了血红蛋白α6基因；其次，雄性完全妊娠的物种（Syngnathus和海马）也丢失了α5，但是，这种损失被获得的α1和α2基因所补偿。

研究的下一阶段是找到问题的答案-雌性和雄性妊娠期间基因和生理过程是否具有一定的相容性，以发展免疫耐受性。为此，分析了伤寒沙门氏菌（S.typhle）的巢囊组织中的基因表达模式。

两组男性参与了分析：一个未发育成熟的卵囊和一个完全发育成熟的囊囊。使用同源性，即所有的差异表达基因搜索潜在功能。通过比较雌性哺乳动物（小球藻（Chalcides ocellatus或眼球）的妊娠期）和雄性妊娠（S. scovelli和海马腹部）的上述功能。

总共发现了141个基因，在男性怀孕期间，S。typhle和S. scovelli的一种或另一种方式有所不同。差异表达基因的表达方向与伤寒沙门氏菌和斯科威沙门氏菌相关，这表明两种针的妊娠过程中调节的增加或减少基本相同。特别是，这在怀孕期间调节性最明显的四个基因（MYOC，HCEA，LS-12，APOA1）和两个在怀孕期间调节性降低的基因（STX2和MSXC）中得到体现。

结果发现，在男性妊娠伤寒沙门氏菌中，有116个基因参与了人类妊娠的重要过程。这些基因参与了黄体的降解，亲代物质的运输，胎盘的发育，胚胎的生长等。 （图4）。


No. 4 Image

换句话说，不能说在基因水平上，怀孕期间的男性已转化为女性。但是，它们的遗传背景发生了某些变化，即分子相互作用的基因和相似的生理途径混合在一起。


图片编号5

研究的最后阶段是研究伴随HCHS II修饰和HCHS基因I组成扩展的

免疫基因表达变化。一起观察到的男性怀孕期间基因表达的变化有助于怀孕期间的免疫耐受性，这从基因库中可以明显看出。

特别是，已经确定了男性中促炎性Th1和抗炎性Th2反应的表达变化以及怀孕期间HCH I的同时抑制，类似于哺乳动物怀孕期间的表达变化。由于CHIA和MEF2C蛋白的抑制，GIMAP4的激活（增强了淋巴细胞的凋亡）以及转录阻遏物PRDM1的调控增加（促进胎盘的生长和形态发生），也抑制了淋巴细胞的形成和增殖。

根据哺乳动物在怀孕期间从Th1免疫反应转变为Th2免疫反应，CEBPB蛋白可抑制Th1但促进Th2免疫反应，而在男性的针头怀孕过程中，该蛋白被升高。

在妊娠晚期，GPR97和MFNG基因（均负责B细胞分化）与NFATC4和HAVCR1基因一起下调，后者与T细胞成熟有关。

与人类怀孕类似，CASP3修饰HCHS I以维持免疫耐受，因此，在怀孕期间基于男性针头的CASP3增加。

为了更详尽地了解这项研究的细微差别，我建议您研究一下科学家的报告和其他材料。

结语


在这项研究中，科学家表明，海马和其他雄性怀孕的物种的免疫系统发生了巨大变化，失去了其最重要的成分之一-六氯环己烷。除了这种损失外，第二种元素MHC I的活性也降低了，这是在雌性哺乳动物怀孕期间观察到的。

正如科学家们自己说的那样，这种变化看似微不足道，但这种根本的遗传变态可与新物种的发现相提并论。

在雄性海马中研究怀孕不仅有助于更好地了解这些生物，而且有助于扩大我们在免疫学领域的知识。例如，在针的进化过程中丢失的基因编码受人类免疫缺陷病毒攻击的分子途径。

科学家们说，没有这种重要的免疫功能就可以生存的针尖可能是一个很好的研究模型。确实，对与针头妊娠期间免疫耐受形成相关的遗传变化的理解可以帮助理解人类免疫疾病的发展机制。

周五顶峰：

, .

Off Top 2.0：

, .

谢谢大家的关注，保持好奇心，祝大家周末愉快！:)

一点广告：）


感谢您与我们在一起。你喜欢我们的文章吗？想看更多有趣的资料吗？通过下订单或向您的朋友推荐给开发人员的基于云的VPS，最低价格为4.99美元，这是我们为您发明的入门级服务器 的独特类似物：关于VPS（KVM）E5-2697 v3（6核）的全部真相10GB DDR4 480GB SSD 1Gbps从$ 19还是如何划分服务器？（RAID1和RAID10提供选件，最多24个内核和最大40GB DDR4）。

阿姆斯特丹的Equinix Tier IV数据中心的戴尔R730xd便宜2倍吗？仅在荷兰有2台Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2.6GHz 14C 64GB DDR4 4x960GB SSD 1Gbps 100电视！戴尔R420-2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB-$ 99起！阅读有关如何构建基础设施大厦的信息。使用Dell R730xd E5-2650 v4服务器花费一欧元9000欧元的c类？

More articles:


All Articles