Пептид помог круглым червям есть только чужое потомство

Ученые обнаружили в кутикуле хищных круглых червей рода Pristionchus сигнальный белок, который позволяет им узнавать и не есть личинки, принадлежащее к их штамму. Авторы указывают, что этот феномен может говорить о быстром формировании отличий между близкородственными организмами в рамках одного вида. Исследование опубликовано в журнале Science.

Распознавание чужих организмов используется в регуляции многих биологических процессов, включая иммунные реакции у позвоночных, взаимодействие вирусов и агрегацию клеток. Существует предположение, что механизм распознавания «свой-чужой» сыграл важную роль в эволюции многоклеточных организмов, но знания о молекулярных механизмах этого явления ограничены, в частности, они не описаны на организменном уровне для круглых червей или нематод.

Круглые черви Pristionchus pacificus и их многие родственники – хищники, и среди прочего они поедают личинки других нематод. Пищевое поведение P.pacificus зависит от варианта строения рта: особи с узким ртом и одним тупым зубом питаются преимущественно бактериями, черви с широким ртом и двумя крупными зубами являются активными хищниками.

Группа ученых под руководством Джеймса Лайтфута (James W. Lightfoot) и Мартина Вилецки (Martin Wilecki) из Института биологии развития Общества Макса Планка изучила взаимодействие нематод P.pacificus и выявила механизмы распознавания «свой-чужой», которые предотвращают поедание ими собственного потомства и помогают убивать личинки других нематод.

На первой стадии исследования ученые наблюдали за тем, как нематоды четырех видов уничтожают личинки круглого червя Caenorhabditis elegans: никто из них не трогал собственное потомство. Далее они проверили, может ли P.pacificus отличать собственные личинки от личинок родственных ему видов. P.pacificus не ошибались и в этом случае, что позволило авторам заключить, что распознавание своего и чужого у них видоспецифично.

Авторы рассматривали два варианта сигнала распознавания своих личинок у хищных нематод: секрецию феромонов в окружающую среду и наличие сигнальных белков на поверхности кутикулы. Чтобы проверить эти гипотезы, они замаскировали возможные сигнальные феромоны, смешав личинки нематод из одного рода – P.Pacificus и P.Exspectatus. Поскольку личинки обоих видов неразличимы в рамках такого эксперимента, ученые вывели флуоресцентно меченные личинки P.Pacificus для их идентификации. Когда эту смесь личинок попыталась скормить P.Pacificus, те безошибочно съедали чужое потомство после контакта с личинками (на видео). В связи с этим ученые сделали вывод, что система распознавания связана с сигнальными молекулами, расположенными на поверхности червей.

Далее ученые установили, что P.Pacificus разных штаммов поедают потомство друг друга, щадя только личинки своего штамма. Авторы отмечают, что такое внутривидовое хищничество указывает на быстроразвивающийся механизм, который формирует отличия между близкородственными организмами в рамках одного вида.

Ученые провели генетическое картирование двух штаммов P.Pacificus, хищных по отношению друг к другу. Анализ локусов количественных признаков показал единственный пик на гене Contig6 на левом плече II хромосомы, наиболее выраженный однонуклеотидный полиморфизм в котором был связан с хищническим поведением в 80 процентах случаев. Чтобы вызвать явления рекомбинации и найти локус, отвечающий за распознавание «свой-чужой», ученые использовали метод CRIPSR-Cas9 чтобы вызвать мутации в генах-кандидатах.

Мутация гена Contig6-snap.268 (PDM60460.2) приводила к появлению фенотипа с нарушенным распознаванием своих личинок. Ученые пришли к выводу, что Contig6-snap.268 участвует в этом процессе, они назвали этот ген self-1. Авторы обнаружили экспрессию этого гена в эпидермальном слове исследуемых червей на всех стадиях развития. Ген self-1 кодировал пептид из 63 аминокислот. Сравнительный анализ пептидов SELF-1 различных штаммов P.Pacificus показал, что решающую роль в их специфичности играет последовательность аминокислот в С-конце пептида. Ученым удалось выявить гены, гомологичные self-1, у некоторых других представителей рода Pristionchus, а также у хищной нематоды Micoletkya japonica, из чего они сделали выводы, что этот ген таксон-специфический.

Авторы предполагают, что self-1 появился в ходе эволюции de novo как механизм выработки аутоантигенной специфичности или, как вариант, может быть быстро эволюционирующим геном. Они указывают, что для описанных ранее систем распознавания своего и чужого характерен высокий уровень полиморфизма, который часто распространяется и на поверхностные белки. Системе распознавания, опосредованной пептидами, у P.Pacificus такой полиморфизм не присущ. Ученые считают, что пример этих хищных нематод дает важные данные о системе распознавания «свой-чужой», а также эволюционных механизмах, которые могут способствовать внутривидовой конкуренции.

Ранее биологи обнаружили, что ленточные черви Anomotaenia brevis способны влиять на жизнь колоний муравьев Temnothorax nylanderi, эффект распространялся на незараженных насекомых. В блоге Биостанции МГУ есть рассказ о морских червях Phoronis embryolabi, самки которых вынашивают яйца в полости своего организма. В том же блоге описаны «шагающие» нематоды.

 Андрей Украинский