Млекопитающие обладают несколькими линиями защиты от микробов. Один из них активируется, когда рецепторы, называемые Fprs, присутствующие на иммунных клетках, связываются со специфическими молекулами, связанными с патогенами. Исследователи из Женевского университета (UNIGE), Швейцария, в 2009 году показали, что те же самые рецепторы также присутствуют в носу мышей, вероятно, для обнаружения зараженной пищи или для того, чтобы избежать больных сородичей. Теперь биологи описывают в журнале PNAS, как Fprs приобрели эту обонятельную роль в ходе эволюции грызунов, перейдя от иммунной системы к нейронной системе. Это новшество является результатом двух геномных «несчастных случаев», которые произошли с интервалом в несколько миллионов лет в ходе эволюции грызунов.
«Мы хотели понять, как эволюционировали Fprs, чтобы экспрессироваться на поверхности обонятельных нейронов и приобретать новую функцию», - объясняет Квентин Дичи из лаборатории профессора Ивана Родригеса на кафедре генетики и эволюции факультета. наук UNIGE и соавтор исследования, расширяющего исследование 2009 года, уже возглавляемое профессором Родригесом. Биологи в сотрудничестве с Аланом Карлтоном, профессором кафедры фундаментальной неврологии Медицинской школы UNIGE, продемонстрировали, что это генетическое нововведение связано с двумя геномными авариями, которые произошли в ходе эволюции грызунов. Сравнивая последовательности ДНК различных видов грызунов, исследователи смогли вернуться в прошлое и проследить эволюцию целевых генов.
Иммунные рецепторы как обонятельные рецепторы
Мы редко передаем точную копию нашего генома нашим потомкам. Эти различия от одного поколения к другому иногда лежат в основе важных инноваций. «Во время эволюции ген, кодирующий один из Fpr, оказался рядом с последовательностью ДНК, регулирующей экспрессию обонятельного рецептора. Таким образом, этот регуляторный элемент был захвачен, что позволило экспрессировать Fpr за счет экспрессии исходного обонятельного рецептора», - говорится в сообщении. Джоэл Тубероза, соавтор статьи. Таким образом, предки сегодняшних хомяков, крыс и мышей приобрели новую обонятельную способность, возможно, способность учуять следы микробов, присутствующих в окружающей среде.
Новый сенсорный набор инструментов
Несколько десятков миллионов лет спустя у предка мышей ген, кодирующий иммунный Fpr, снова оказался рядом с регуляторным элементом обоняния, но другим. Таким образом, этот маленький грызун получил дополнительный инструмент для обнаружения носом различных молекулярных сигналов, связанных с патогенами.
Это исследование представляет собой образцовый случай, описывающий, как, благодаря только двум генетическим захватам, семейство рецепторов превратилось из сенсоров внутреннего мира в сенсоры внешнего мира.