MoneyMan

Разнообразие белков гистосовместимости повышает репродуктивный успех у самцов камышовок и снижает у самок
Разнообразие белков гистосовместимости повышает репродуктивный успех у самцов камышовок и снижает у самок

Рис. 1. Слева — дроздовидная камышовка (Acrocephalus arundinaceus), главный объект обсуждаемого исследования. Справа — иллюстрация разнообразия молекул главного комплекса гистосовместимости (MHC) на примере клеток человека. Каждая клетка несет на себе молекулы двух типов: MHCI (правее) и MHCII (левее). Каждый из них у человека представлен тремя вариантами (обозначены разными цветами) и двумя копиями от каждого из родителей (сверху материнские, снизу отцовские). Таким образом, каждая клетка человека несет два типа молекул MHC, причем каждый тип имеет шесть вариантов. У птиц это разнообразие еще выше, но не всем оно оказывается выгодно. Изображения с сайтов flickr.com и en.wikipedia.org

Иногда бывает так, что самцы и самки одного вида преследуют разные поведенческие или эволюционные интересы, и при этом то, что выгодно одним, снижает выживаемость других. Такую ситуацию называют конфликтом полов. Большинство известных конфликтов полов относится к сфере репродукции. Например, у многих видов животных самцы стремятся размножаться как можно чаще, а самки — как можно реже. Но недавно у дроздовидных камышовок был обнаружен конфликт полов еще и на уровне иммунной системы: самцам выгодно большое разнообразие генов гистосовместимости, а самкам — маленькое. И, судя по всему, конфликт этот неразрешим.

Молекулы главного комплекса гистосовместимости (Major histocompatibility complex, MHC) — важные участники практически любого иммунного ответа. Это белки, которые располагаются в мембране клеток организма. С их помощью обычные — не иммунные — клетки могут подать сигнал о том, что с ними или вокруг них что-то не так.

Разнообразие белков гистосовместимости повышает репродуктивный успех у самцов камышовок и снижает у самок
Разнообразие белков гистосовместимости повышает репродуктивный успех у самцов камышовок и снижает у самок

Рис. 2. Строение белка МНС класса I. Слева — схема строения, справа — пространственная модель. Сверху находится пептид-связывающая щель (peptide-binding groove). Ее форма определяет, какие белки смогут в ней закрепиться, а какие нет. Именно разнообразие этих частей молекул позволяет эффективно защищаться от вирусов. Рисунок с сайта healthdocbox.com

Все молекулы MHC делятся на две большие группы. MHC класса I (MHC class I, MHCI) присутствуют почти на всех клетках организма. С их помощью иммунные клетки распознают «своих»: если на клетке отсутствует такой белок, то эта клетка — либо чужак, либо повреждена, и в любом случае подлежит уничтожению. Кроме того, в белках MHCI есть небольшая щель, в которую каждая клетка помещает кусочки собственных белков (рис. 2 и рис. 3), демонстрируя их иммунным клеткам, которые, таким образом, видят перед собой своеобразную «опись имущества» каждой клетки (набор молекул MHCI с кусочками белков в них). Если какой-то из этих белков покажется иммунным клеткам незнакомым, то они решат, что клетка поражена вирусом, или превратилась в опухолевую, или как-то еще повреждена, то есть, опять же, есть повод ее уничтожить (подробнее об иммунной функции белков MHC читайте в новости Кобылы определяют, беременеть или нет, по главному комплексу гистосовместимости… соседа, «Элементы», 15.01.2018).

Разнообразие белков гистосовместимости повышает репродуктивный успех у самцов камышовок и снижает у самок

Рис. 3. Схема попадания белков внутрь МНС класса I. Незнакомые клетке белки могут быть вирусными (virus) или собственными, но неправильно свернутыми (abnormal folding). Их распознают ферменты убиквитинлигазы и навешивают убиквитиновую метку. Белковый комплекс — протеасома — расщепляет меченые белки, и их остатки отправляются в эндоплазматическую сеть (ER). Там они встраиваются в молекулы МНСI, а затем все вместе оказываются на мембране клетки. Рисунок с сайта courses.washington.edu

Молекулы MHC класса II (MHC class II, MHCII) есть только на специализированных клетках, которые ловят встречающиеся им в организме молекулы и выставляют их с помощью MHCII на своей мембране, чтобы другие иммунные клетки могли понять, что творится в организме. Далее речь пойдет только о белках MHC класса I.

Молекулы MHC называют «комплексом», потому что это не одна молекула, а несколько, и кодирует их отдельный генный локус (группа генов). Количество генов в локусе может различаться у разных организмов. Например, у человека в локусе MHCI три гена, поэтому каждая клетка несет на себе шесть вариантов молекул (три отцовских, три материнских). Кроме того, для каждого гена в популяции существует целый набор аллелей, поэтому все эти шесть вариантов могут быть разными. У этой вариативности есть определенный смысл: с одной стороны, разнообразие молекул MHCI позволяет создать индивидуальный клеточный «паспорт» для каждой особи, по которому иммунная система сможет отличить ее клетки от чужеродных, а с другой стороны, аллельные варианты MHCI могут различаться формой белок-связывающей щели, и чем разнообразнее формы щелей, тем больше шанс, что чужеродный (например, вирусный) белок закрепится в одной из щелей и будет представлен иммунной системе.

Однако у разнообразия MHCI есть и свои минусы. Например, при большом количестве разных аллелей растет вероятность того, что иммунные клетки примут своих за чужих (так как «запутаются» в разнообразии паспортов) и разовьется аутоиммунная реакция.

У птиц генов MHCI еще больше, чем у людей; более того, их количество бывает непостоянным. Например, в одной из предыдущих статей авторы обсуждаемой работы попробовали подсчитать количество генов MHCI у дроздовидной камышовки (A. Biedrzycka et al., 2016. Testing genotyping strategies for ultra‐deep sequencing of a co‐amplifying gene family: MHC class I in a passerine bird). У них получилось, что каждая птица может нести от 19 до 42 генов. То есть популяция камышовок очень разнородна: у особей может различаться количество генов, а также аллельные наборы, так как от родителей могли прийти как одинаковые, так и разные варианты генов.

Есть основания полагать, что самцам и самкам камышовок выгодны разные уровни разнообразия генов MHCI. Так, известно, что у самцов и самок некоторых видов животных различается сила иммунного ответа (см. Y. Z. Foo et al., 2016. The effects of sex hormones on immune function: a meta‐analysis). Например, это проявляется в том, что самцов чаще атакуют паразиты. Возможно, это объясняется тем, что самцы обычно ведут более активную жизнь, чем самки, но и в целом иммунный ответ у них слабее. У самок, напротив, чаще развиваются аутоиммунные заболевания, то есть иммунитет работает слишком сильно и разрушает собственные клетки. К тому же, сказывается разница в половых гормонах: тестостерон скорее подавляет иммунный ответ, а эстроген и прогестерон — усиливают. Всё это в совокупности позволяет предположить, что самкам выгодно снижать разнообразие генов MHCI, а самцам, наоборот, — повышать, чтобы усилить иммунный ответ.

Такую ситуацию, когда интересы двух полов кардинально различаются, называют конфликтом полов (Sexual conflict, см.: Половой отбор защищает от вымирания, «Элементы», 23.05.2015). Как правило, он приводит к тому, что у самцов и самок возникают противодействующие друг другу эволюционные приспособления. Например, самцы дрозофил выделяют в сперму токсичные вещества, чтобы их самку не оплодотворяли чужие сперматозоиды. Но у этих токсичных веществ есть «побочный» эффект: они сокращают жизнь самок. Самки в ответ вырабатывает механизм устойчивости к яду спермы, что позволяет им дольше жить, но часто ведет к снижению плодовитости. Но подобное решение конфликта возможно, только если соответствующие гены находятся на половых хромосомах. В такой ситуации гены на Y- и Х-хромосомах подвергаются отбору независимо. А в случае с генами MHCI ситуация должна быть устроена сложнее, так как они находятся на аутосомах (неполовых хромосомах, которые у самцов и самок одинаковы).

Авторы обсуждаемой статьи в течение 20 лет наблюдают за популяцией дроздовидных камышовок в Швеции. В рамках этой работы они измеряли разнообразие генов MHCI в популяции — подсчитывали количество разных аллелей у каждой особи (этот параметр важнее, чем просто количество копий гена, ведь эти копии могут нести на себе одинаковые аллели). Оказалось, что среднее значение этого параметра колеблется вокруг 13,5 аллелей на одну особь, не зависит от пола птиц и не коррелирует с продолжительностью их жизни. Где в таком случае искать проявления конфликта полов?

Коль скоро нет очевидных различий в жизни взрослых особей, можно попробовать исследовать их успех в размножении. Авторы изучили два параметра — успех вылета (offspring fledging success; количество вылетевших из гнезда птенцов по отношению к продолжительности жизни родителя) и успех возвращения (offspring recruitment success; количество выросших птенцов, вернувшихся в исследуемую зону для размножения, тоже по отношению к продолжительности жизни родителя). И если первый из них — успех вылета — также не коррелировал с разнообразием генов, то вот второй показал определенную корреляцию (рис. 4).

Разнообразие белков гистосовместимости повышает репродуктивный успех у самцов камышовок и снижает у самок

Рис. 4. Успех возвращения птенцов в зависимости от количества разных аллелей МНСI у родителя. По горизонтальной оси отложено количество аллелей, по вертикальной оси — статистический параметр, отражающий успех возвращения по отношению к продолжительности жизни и успеху вылета. Кружочками обозначены самки, треугольниками — самцы. Пунктирная линия — средние показатели для самок, сплошная — для самцов. Изображение из обсуждаемой статьи

Из диаграммы видно, что если у самцов успех возвращения потомства скорее растет с увеличением разнообразия MHCI, то у самок, — наоборот, снижается. На основании этих данных исследователи построили математическую модель, предсказывающую оптимальное разнообразие MHCI для максимального успеха возвращения (рис. 5). Оказалось, что для самок оптимальным оказывается иметь по 10 аллелей, а для самцов оптимальное значение не определено, возможно, оно даже больше 20.

Разнообразие белков гистосовместимости повышает репродуктивный успех у самцов камышовок и снижает у самок

Рис. 5. Результаты моделирования, предсказывающего оптимальное количество аллелей МНСI для максимального успеха возвращения потомства. Слева — самки, справа — самцы. Изображение из обсуждаемой статьи

Интересно, что успех возвращения напрямую не коррелирует с разнообразием MHCI самих птенцов и зависит только от разнообразия MHCI родителей. При этом успех вылета никак с разнообразием MHCI не связан. Объяснять эту ситуацию авторы предлагают следующим образом: пока птенец сидит в гнезде, его достаточно кормить и оберегать от хищников, поэтому различия в качестве еды и здоровье родителей не влияют существенно на его жизнь. Позже, когда он вылетает из гнезда, он подвергается атаке патогенов и выдерживает большие физические нагрузки, и именно здесь оказывается важно, насколько качественно о нем заботились в начале жизни. Поэтому разнообразие MHCI родителей влияет на успех возвращения, но не на успех вылета. Почему же собственное разнообразие MHCI птенцов не коррелирует с возвращением? Авторы связывают это с тем, что разница в уровнях иммунного ответа самцов и самок возникает вместе с началом полового поведения и синтезом половых гормонов. Поэтому к моменту возвращения птенцов в места, где они вылупились, уровень иммунного ответа у молодых самцов и самок одинаков, а значит влияние разнообразия MHCI еще не проявилось.

Это один из редких случаев, когда конфликт полов был обнаружен вне генов, отвечающих непосредственно за половое поведение. И тем сложнее его разрешить: самки и самцы «стремятся» к разной степени разнообразия MHCI, но гены у них общие. Можно было бы смягчить этот конфликт на уровне регуляции работы генов, однако подобные механизмы в этом случае пока не известны. На данный момент конфликт самцов и самок камышовок остается неразрешенным, а средний уровень разнообразия — 13,5 аллелей — ни для кого не является оптимальным.

Источник: elementy.ru

2 КОММЕНТАРИИ

  1. Ahaa, its pleasant dialogue concerning this article here at
    this website, I have read all that, so now me also commenting here.
    It’s appropriate time to make some plans for the future and it is time
    to be happy. I’ve read this post and if I could I
    want to suggest you some interesting things or advice. Perhaps you
    can write next articles referring to this article.
    I desire to read more things about it! I enjoy what
    you guys tend to be up too. This type of clever work and coverage!

    Keep up the amazing works guys I’ve incorporated you
    guys to my blogroll. http://cspan.co.uk

  2. Free PC options to Recycle and Phatmatik Pro:Loopdrive3 VSTABS.
    While online machines offer the players the ability to choose how much they decide to wager,
    these online video poker machine provide that same a feeling of strategizing and negotiations with oneself frequently yearned for by players who miss the land-based casinos.

    Now you’ve taken that all-important 1st step and are scanning this
    report about games and social network, you are inside
    unique and privideged position of being amongst a small grouping of pioneering entreprenuers who
    already know about this and therefore are taking affirmative action.

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

Please enter your comment!
Please enter your name here

два × пять =