Зубная эмаль помогла проследить эволюцию умершего 1,77 миллиона лет назад носорога
Исследователи с помощью протеома определили место носорога стефанорина, умершего 1,77 миллиона лет назад, на филогенетическом дереве, сообщается в Nature. Белки сохраняются в древних образцах гораздо дольше, чем ДНК, поэтому определив состав протеома той или иной ткани можно проследить за эволюцией давно вымерших видов. Ученые это подтвердили, проведя тесты на зубной эмали разных видов млекопитающих.
В последние годы исследователи все чаще определяют место того или иного вымершего вида на филогенетическом дереве, основываясь на расшифровке последовательности генома. Однако ДНК сравнительно быстро разрушается, что ограничивает максимальный возраст образцов для изучения. На сегодняшний день палеогенетикам удалось секвенировать ДНК возрастом около 400 тысяч лет из отложений (1) и возрастом 560-780 тысяч лет из вечной мерзлоты (2). В отличие от ДНК, белки сохраняются гораздо дольше — например, удалось секвенировать отдельные последовательности аминокислот и определить по ним белки из окаменевшей страусиной скорлупы возрастом около 3,8 миллионов лет.
Однако когда речь идет об окаменелостях млекопитающих, слишком древних или находившихся в жарком климате, ученым, по большей части, удается восстановить лишь коллаген 1 типа. Проблема в том, что этот белок очень консервативен, то есть его последовательность в процессе эволюции меняется незначительно, поэтому он не слишком подходит в качестве филогенетического маркера.
Ученые под руководством Эске Виллерслева (Eske Willerslev) из Копенгагенского университета решили использовать в качестве проб для реконструкции древних белков зубную эмаль млекопитающих. Это самая твердая ткань позвоночных, и она часто встречается во время раскопок, поэтому она может оказаться подходящим объектом для исследований и помочь ученым проследить эволюцию животных, которые вымерли ранее 700 тысяч лет назад и их ДНК уже разрушилась.
Для исследований авторы выбрали окаменелости крупных млекопитающих возрастом 1,76-1,85 миллиона лет, найденные в Дманиси на юге Грузии. Они отобрали для анализа 11 образцов костной ткани, один образец дентина — твердой ткани зуба, которая покрыта зубной эмалью — и 14 образцов зубной эмали, некоторые из них со следами дентина. В 15 образцах из 23 авторы обнаружили белки и проанализировали с помощью масс-спектрометрии.
В том числе исследователям в разных образцах удалось реконструировать специфичные структурные белки зубной эмали: амелогенин, энамелин, амелотин и амелобластин, специфичные для нее ферменты, и не специфичные белки, в том числе сывороточный альбумин. Гены одного из белков эмали, амелогенина, у самцов и самок многих млекопитающих расположены в Y и Х хромосомах и последовательность их немного различается. При этом «мужская» изоформа амелогенина встречается только у самцов, а «женская» — и у тех, и у других. Это различие в составе белков можно увидеть с помощью масс-спектрометрии и таким образом определить пол животного. Благодаря этому авторам исследования удалось узнать, что окаменелости четырех млекопитающих, в том числе вымершего оленя Pseudodama, двух других представителей оленевых и один из полорогих были самцами.
Наиболее полный протеом (875 аминокислот из шести белков) авторы получили из нижнего коренного зуба стефанорина (Stephanorhinus). Представители этого рода обитали в Евразии в плейстоцене. У них было два рога, весом они превышали три тонны, а в длину достигали четырех метров. К стефаноринам относятся носорог Мерка (Stephanorhinus kirchbergensis) и этрусский носорог (Stephanorhinus etruscus).
Исследователи сравнили полученные последовательности аминокислот белков зубной эмали стефанорина с уже известными последовательностями всех современных видов носорогов, а также вымерших носорога Мерка и шерстистого носорога (Coelodonta antiquitatis). После этого им удалось определить место стефанорина из Дманиси на филогенетическом дереве. Его ближайшими родственниками оказались вымершие шерстистый и носорог Мерка, а из современных видов — суматранский носорог.
Ранее исследователи уже разработали технологию определения пола человеческих останков по составу амелогенина в зубной эмали. Ученые предполагают, что этот способ подойдет для определения пола детей и подростков. В этих случаях остеологический метод, которым пользуются, чтобы выяснить пол взрослых людей, работает не всегда. Также он будет полезен, если от останков мало что сохранилось, кроме зубов.
Екатерина Русакова
Но не все мыши способны принимать сигналы мозгом от мастоцитов
Лейкотриен С4, его производные и фактор роста и дифференцировки 15 типа названы главными медиаторами воспаления, опосредующими избегание пищевого аллергена у мышей. Это проявление аллергии возникало даже в отсутствии типичных проявлений пищевой аллергии — например, если давать вещество под прикрытием антигистаминных препаратов. Соединения, вырабатываемые тучными клетками и эпителиоцитами после введения аллергена, опосредует связь иммунной системой и ЦНС. Исследование опубликовано в журнале Nature. Анафилактические реакции, или иммуноглобулин Е-опосредованные реакции гиперчувствительности немедленного типа, основаны на выработке антител класса Е (IgE) к аллергену. Комплекс из аллергена и IgE активирует клетки, участвующие во врожденном иммунитете — тучные клетки (мастоциты) и базофилы, выделяющие медиаторы воспаления. Их действие на уровне организма проявляется не только местным кожным зудом, бронхоспазмом, или, как при пищевой аллергии, болью в животе, но и реакциями со стороны центральной нервной системы, за которыми может скрываться нейровоспаление. При этом механизм неврологических проявлений атопических реакций остается неизученным. Фармакологи и иммунологи из США, Бразилии и Франции под руководством Руслана Меджитова (Ruslan Medzhitov) изучили связь иммунологических и отдельных поведенческих проявлений на примере модели пищевой аллергии на яичный белок (овальбумин) у мышей. Они сенсибилизировали мышей линии BALB/c к яичному белку, вводя его подкожно вместе с адъювантом, усиливающим иммунный ответ. Когда наступала сенсибилизация, животных сажали в клетку с двумя поилками: в одну из них наливали воду, а в другую — раствор яичного белка. Животные, у которых выработалась аллергия, предпочитали пить воду, в то время как мыши из контрольной несенсибилизированной группы предпочитали питательный белок. Выраженность такого поведения коррелировала с выраженностью сенсибилизации — то есть, уровнем IgE в крови и маркеров активности тучных клеток в стенке кишечника. Лечение мышей от аллергии антигистаминными препаратами не устраняло избегающего поведения в отношении аллергена. из чего авторы заключили, что связь между тучными клетками и мозгом опосредована какими-то другими соединениями. Точно так же, блокада высвобождения серотонина, субстанции P и медиатора ноцицептивной системы CGRP не изменила поведение мышей. Напротив, блокада фермента 5-липоксигеназы (фермента, необходимого для синтеза лейкотриена C4 и его производных, D4 и E4) значимо снизила выраженность поведенческих проявлений атопии. Так же повышался уровень ростового фактора GDF15, вырабатываемого эпителиальными клетками при контакте с активированными мастоцитами, по мере сенсибилизации. Действуют ли лейкотриены напрямую на мозг, или же опосредованно — не ясно, но пересечение блуждающего нерва (по нему передается афферентная информация от кишечника в ЦНС) не устранило полностью поведенческие реакции. Введение GDF15 перед экспозицией аллергена вызывало отвращение к овальбумину у сенсибилизированных животных, а блокада действия этого ростового фактора при помощи антител вызывает обратный эффект. Чтобы понять, какие структуры ЦНС отвечают за отвращение к аллергену, ученые гистологически исследовали мозг мышей, сенсибилизированных к овальбумину, спустя 90 минут после ег действия. Структуры, активируемые предъявлением аллергена — ядро одиночного пути, наружно-латеральная часть парабрахиального ядра и центральные участки миндалевидного тела — регионы, роль которых известна в избегании. Таким образом, ученые весьма подробно проследили цепочку от попадания в организм аллергена через активацию тучных клеток, вырабатывающих лейкотриены, и заставляющие эпителий вырабатывать цитокин GDF15, действующих на ЦНС. GDF15 — это ростовой фактор, вырабатываемый многими эпителиальными и мышечными клетками организма человека в ответ на повреждающие факторы, который связывают со снижением аппетита, симптомами депрессии и активацией эндокринной оси «гипоталамус-гипофиз-надпочечники». Физиологические эффекты лейкотриенов у человека пока и не изучены. Лучше всего известно, как они действуют на микроциркуляцию и проницаемость сосудистой стенки и изменение бронхиальной секреции при астме. Но известно, что синтез лейкотриенов происходит и в стволе мозга и промежуточном мозгу: постулируется, что лейкотриены опосредуют нейровоспаление. Пока неясно, касаются ли обнаруженные эффекты любой атопической реакции, или же возникают только при перорально введении аллергена. Из многосложности и разветвленности системы следует в том числе и ее изменчивость. Показательно, что попытка воспроизвести весь эксперимент на мышах другой генетической линии (C57BL/6) не увенчалась успехом: у мышей из этой линии менее выражен IgE-опосредованный иммунный ответ и менее активен подъем уровня GDF15 в ответ на предъявление аллергена. К тому же, не все аллергены стабильно вызывают отвращение у мышей. Ранее мы писали о том, что раннее столкновение организма ребенка с потенциальным пищевым аллергеном снижает вероятность развития тяжелых аллергических реакций впоследствии.