Dala nám kapavka předky?

Souhrn: Vědci identifikovali skupinu genetických mutací, které chrání před kognitivním poklesem u starších dospělých. Nová studie naznačuje, že selektivní tlak infekčních patogenů, jako je kapavka, mohl zvýšit výskyt této genetické variace u Homo sapiens.

zdroj: Kalifornská univerzita

Vědci z University of California v San Diegu School of Medicine již dříve našli skupinu lidských genetických mutací, které chrání starší dospělé před kognitivním poklesem a demencí.

V nové studii zveřejněné 9. července 2022 v Molekulární biologie a evoluceZaměřují se na jeden z těchto mutantních genů a snaží se vysledovat jeho evoluci ⁠ – kdy a proč se objevil v lidském genomu.

Výsledky naznačují, že selektivní tlak infekčních patogenů, jako je kapavka, mohl zvýšit výskyt tohoto variantního genu v rozumný muža neúmyslně podporoval existenci předků v lidské společnosti.

Biologie většiny živočišných druhů byla vylepšena pro reprodukci, často za cenu budoucího zdraví a delšího života. Ve skutečnosti jsou lidé jedním z mála známých druhů, které prošly menopauzou.

Podle „babiččiny hypotézy“ je to proto, že starší ženy poskytují důležitou podporu při výchově kojenců a dětí, které potřebují více péče než mladší z jiných druhů. Vědci se nyní snaží pochopit vlastnosti lidské biologie, které umožňují toto dlouhodobé zdraví.

Když vědci dříve porovnávali genomy lidí a šimpanzů, zjistili, že lidé mají jedinečnou kopii genu pro CD33, receptor exprimovaný v imunitních buňkách. Standardní receptor CD33 se váže na typ cukru zvaný kyselina sialová, kterým jsou potaženy všechny lidské buňky. Když imunitní buňka zaznamená kyselinu sialovou prostřednictvím CD33, rozpozná druhou buňku jako součást těla a nenapadne ji, čímž zabrání autoimunitní reakci.

Receptor CD33 je také exprimován v imunitních buňkách mozku nazývaných mikroglie, kde pomáhají kontrolovat neurozánět. Mikroglie však mají také důležitou roli při odstraňování poškozených mozkových buněk a amyloidních plaků spojených s Alzheimerovou chorobou. Vazbou na kyseliny sialové na těchto buňkách a plakech normální receptory CD33 skutečně inhibují tuto důležitou gliovou funkci a zvyšují riziko demence.

Zde přichází na řadu nová genetická varianta. Někde podél evoluční linie lidé zachytili další mutovanou formu CD33, které chybí místo vázající cukr. Mutovaný receptor již neinteraguje s kyselinami sialovými na poškozených buňkách a destičkách, což umožňuje mikrogliím je rozložit. Ve skutečnosti bylo nezávisle zjištěno, že vyšší hladiny této varianty CD33 jsou protektivní proti Alzheimerově chorobě s pozdním nástupem.

Ve snaze pochopit, kdy se tato genetická varianta poprvé objevila, spoluautor Ajit Varkey, MD, významný profesor medicíny a buněčné a molekulární medicíny na University of California San Diego School of Medicine, a kolegové našli důkazy o silné pozitivní selekci, což naznačuje, že něco, co pohánělo gen, se vyvíjí rychleji, než se očekávalo.

Zjistili také, že tato konkrétní kopie CD33 nebyla přítomna v genomech neandrtálců nebo denisovanů, našich nejbližších evolučních příbuzných.

„Pro většinu různých genů u lidí a šimpanzů mají neandrtálci obvykle stejnou verzi jako lidé, takže to pro nás bylo opravdu překvapivé,“ řekl Varkey. „Tato zjištění naznačují, že moudrost a péče o zdravé předky mohly být důležitou evoluční výhodou, kterou jsme měli oproti jiným starodávným druhům homininů.“

Varkey vedl studii s Pascalem Gagnouxem, PhD, profesorem patologie na University of California, San Diego School of Medicine a profesorem na katedře antropologie. Autoři uvedli, že studie poskytuje nové důkazy podporující hypotézu novosti.

Evoluční teorie však říká, že reprodukční úspěch je hlavním motorem genetického výběru, nikoli postreprodukční kognitivní zdraví. Co tedy vedlo k rozšíření této mutované formy CD33 u lidí?

Autoři naznačují, že jednou z možností je, že vysoce nakažlivé nemoci, jako je kapavka, které mohou být škodlivé pro reprodukční zdraví, mohou mít dopad na lidský vývoj. Bakterie kapavky se opouzdří stejnými polysacharidy, na které se váže receptor CD33. Jako vlk v rouše beránčím dokážou bakterie oklamat lidské imunitní buňky, aby je nerozpoznaly jako vetřelce zvenčí.

Výzkumníci naznačují, že modifikovaná verze CD33 bez místa vázajícího cukr se objevila jako lidská adaptace proti „molekulárnímu napodobování“ kapavky a dalších patogenů. Ve skutečnosti potvrdili, že jedna z mutací specifických pro člověka byla schopna zcela zrušit interakci mezi bakterií a CD33, což umožnilo imunitním buňkám znovu napadnout bakterie.

Celkově se autoři domnívají, že lidé zpočátku zdědili mutovanou formu CD33, aby chránili před kapavkou během plodného věku, a mozek následně vybral tuto genetickou variantu pro její přínosy proti demenci.

„CD33 je pravděpodobně jedním z několika genů, které byly vybrány pro své výhody přežití proti infekčním patogenům v raném věku, ale pak jsou vybrány sekundárně pro své ochranné účinky proti demenci a dalším nemocem spojeným se stárnutím,“ řekl Gagnox.

Spoluautoři jsou: Sudeshna Saha, Nazanin Khan, Andrea Verhagen, Aniruda Sasmal, Sandra Diaz z UCSD, Troy Comey, Joshua M. Aki z Princetonské univerzity, Hai Yu a Shi Chin z UC Davis a Martin Frank z Biognos A. s mě. .

viz také

financování: Tato práce byla financována Národním institutem zdraví (Grant R01GM32373) a Fondem pro léčbu Alzheimerovy choroby.

O této genetice a evoluční neurovědě novinky

autor: Scott La Vi
zdroj: Kalifornská univerzita
Kontakt: Scott La Vie – Kalifornská univerzita
obrázek: Obrázek připsán Národnímu institutu zdraví

původní hledání: otevřený přístup.
„Evoluce alel specifických pro člověka, které chrání kognitivní funkce babičekAutor Ajit Varkey a kol. Molekulární biologie a evoluce

souhrn

Evoluce alel specifických pro člověka, které chrání kognitivní funkce babiček

Myeloidní receptor CD33 (Siglec-3) potlačuje vrozenou imunitní reakci tím, že rozpozná extracelulární doménu skupiny V kyseliny sialové (Sia) obsahující „samoasociované molekulární vzory“ (SAMP). Již dříve jsme ukázali, že skupina V je nedostatečná v doméně CD33Změněná alela, ochranné alely Alzheimerovy choroby s pozdním nástupem (LOAD), je odvozena a přiřazena ke kmeni homininu.

Nyní hlásíme četné mutace v CD33 V-set doméně homininů. Kvůli mutaci ztráty pevné funkce homininu CMAH Gen, který lidem chybí nGlykolinolaminová kyselina (Neu5Gc), výhodný Sia-ligand pro ancestrální CD33. Mutační analýza a simulace MD ukazují, že konzistentní změna v aminokyselině 21 domény homininu V skupiny a konformační změny související s His45 korigovaly ztrátu Neu5Gc přechodem na nKyselina acetylneuraminová (Neu5Ac) – identifikace.

Ukazujeme, že lidské patogeny Neisseria gonorrhoeae a skupina b Streptococcus selektivně váží huCD33 jako součást imunitního molekulárního mimikry hostitele SAMP a že tato vazba je významně ovlivněna modifikací aminokyselin 21.

Kromě ochranné ZÁTĚŽE CD33 Alely, lidé mají odvozené, celopopulační a ochranné varianty kognice na několika dalších lokusech. Je zajímavé, že 11 z 13 polymorfismů v těchto lidských genech (včetně CD33) nejsou sdíleny genomy starověkých homininů: neandrtálců a denisovanů.

Představujeme věrohodný evoluční scénář pro syntézu, spojení a pochopení současných znalostí o evoluci huCD33 a naznačujeme, že novinka se objevila u lidí.