Запропоновано новий модельний організм, здатний замінити приматів • Варвара Веденина • Новини науки на "Елементи" • Генетика, Екологія

Запропоновано новий модельний організм, здатний замінити приматів

малайська тупайя Tupaia belangeri. Зображення з сайту www.theanimalfiles.com

Тупайі, будучи близькими родичами приматів, давно привертали увагу вчених як потенційний модельний організм. Однак до останнього часу геном цих звірків ні розшифрований. Нещодавно опублікований прочитаний геном тупайі відкриває нові горизонти для біомедичних досліджень і тестування ліків.

Проблема вибору модельних організмів була і залишається актуальною в біології. Модельні організми інтенсивно вивчаються сотнями лабораторій в різних країнах світу і дослідження на них масштабно фінансуються. Вважається, що різні процеси і закономірності, відкриті і вивчені на модельних організмах, можуть бути властиві й іншим видам. Модельних організмів існує не так багато, що й зрозуміло, так як на всебічне дослідження кожної моделі потрібно багато років роботи багатьох лабораторій. Найбільш улюблені модельні безхребетні – нематода Caenorhabditis elegans і плодова мушка Drosophila melanogaster, Модельні хребетні – прісноводна рибка Danio rerio, Шпорцевая жаба Xenopus laevis і домова миша Mus musculus.

Модельні організми зазвичай вибираються за кількома критеріями.Зокрема, вони повинні володіти невеликим, компактним геномом, бути легкі в розведенні в лабораторії і мати відносно коротким життєвим циклом. Але виявляється, не все модельні організми настільки зручні в роботі. Наприклад, мавпи, які зі зрозумілих причин вважаються найбільш адекватним модельним об'єктом для досліджень людських захворювань, зовсім не так зручні для роботи, як цього хотілося б. Тому давно робляться спроби знайти більш підходящий об'єкт, альтернативний приматам, для біомедичних досліджень і тестування нових ліків. В якості кандидата пропонували тупайя – дрібного родича приматів, якого, правда, довгий час відносили до комахоїдних. Серед достоїнств тупайі як модельний організм можна перерахувати малий розмір тіла, високе співвідношення маси мозку до маси тіла, короткий репродуктивний цикл і, як вже було зазначено, загальновизнане спорідненість з приматами. Але до останнього часу геном тупайі ні розшифрований.

Нарешті великий колектив китайських вчених з різних наукових установ (Куньмінской зоологічного інституту Китайської академії наук, Університету Китайської академії наук та ін.) Опублікував отсеквенірованний геном тупайі Tupaia belangeri chinensis. На рис.1 наведено філіпченкове дерево 15 видів ссавців, побудоване на підставі аналізу 2117 генів. Це дерево переконливо показує, що тупайі відділилися від приматів близько 90,9 мільйонів років тому, тоді як гризуни відокремилися від них майже на 6 мільйонів років раніше.

Мал. 1. Філіпченкове дерево 15 представників ссавців, побудоване на підставі аналізу 2117 генів. Тупайі (tree shrew) надійно групуються з приматами. Малюнок з обговорюваної статті в Nature Communications

У статті автори ставлять питання: які гени з'явилися у тупай і були передані приматам? Таких генів було ідентифіковано 28. Один з них – ген білка псоріазін (psoriasin), який двічі дупліціроваться в процесі еволюції, в результаті чого у тупай і приматів є три кластера дупліціроваться гена. Цей білок відіграє велику роль в антибактеріальної захисту поверхні шкіри. Інший приклад – ген рецептора NKG2D, який характерний для клітин імунної захисту, природних кілерів і цитотоксичних Т-лімфоцитів. Рецептор NKG2D запускає роботу цих клітин, в результаті чого забезпечується імунну відповідь на різні інфекції і ракові захворювання. Цей тип рецепторів активується у відповідь на різні форми стресу.

У T. belangeri chinensis були знайдені унікальні, тільки їм властиві гени. Наприклад, сімейство генів, що кодують легкі ланцюги імуноглобулінів типу лямбда. У тупайі знайдено цілих 67 варіантів в цьому сімействі генів, тоді як в людському геномі присутні лише 36 варіантів (рис. 2а). Імуноглобуліни можуть блокувати патогенні антигени або сприяти їх видалення, і зрозуміло, що чим більше цих варіантів, тим вище виборче право організму. Так що тупайя в даному випадку ми можемо позаздрити.

Крім того, у тупайі були виявлені втрати 11 генів, які, навпаки, є у приматів. Серед них ген ферменту трансглютамінази (Transglutaminase) TGM4, експресуючий білок насінної рідини. Цей білок відіграє велику роль в змаганні сперми і більш характерний для полігамних організмів. Тупайі відомі своїми моногамними зв'язками, тому самцям не має сенсу зберігати механізми змагання, які працюють вже після копуляції. Для приматів, навпаки, характерна полігамія (людина, правда, є винятком – але по цій темі читайте книгу А. Маркова "Еволюція людини").

У тупай щодо великий мозок і добре розвинені відділи мозку, що нагадують такі приматів. Автори обговорюваної статті вважають, що T. belangeri chinensis – хороша модель для досліджень депресивних розладів у людини. Статус самця (домінант – субордінант) встановлюється у тупай в результаті роботи зорової і нюхової систем. Фізіологічні та поведінкові зміни, що відбуваються у самця-субордінанта тупайі, нагадують зміни пацієнтів в стані депресії. У людини поліморфізм по гену – промотор серотонінового транспортера (Serotonin transporter) корелює зі ступенем схильності до стресу і депресій. Нагадаємо, що серотоніновий транспортер в синапсі переносить молекулу серотоніну з синаптичної щілини назад в пресинаптичний нейрон. У тупай відсутня цей локус, що говорить про інший механізм регуляції цього гена на стрес. У той же час, автори знайшли у тупай все 23 відомих транспортера нейротрансмітерів, що відповідають за різні форми депресії у людини. Причому все транспортери, за винятком транспортера гліцину, практично не відрізняються у тупайі і людини. Це робить маленького звірка привабливим об'єктом для дослідження стресу і випробування різних антидепресантів.

Мал. 2. Порівняння імунної системи у тупайі і людини. (а) Сімейство генів, що кодують легкі ланцюги імуноглобулінів типу лямбда; червоним кольором відзначені гени, що зустрічаються у тупайі, чорним – у людини. (b) Філіпченкове дерево генів головного комплексу гістосумісності (MHC) класу I у людини (зелена область), Тупайі (червона область) І миші (синя область). (c) Порівняння генів MHC класу III у тупайі і людини виявляє єдина відмінність в дуплікації гена C4 (відзначено червоним). (d) Гени Trim у тупайі і людини; у тупайі втрачений ген TRIM34, Але є множинні дуплікації гена TRIM5, Причому в одну з них вставлений транспозон CypA. Малюнок з обговорюваної статті в Nature Communications

Гепатити B і C, що викликаються вірусами HBV (Hepadnaviridae) і HCV (Flaviviridae), – надзвичайно поширені і небезпечні інфекційні захворювання. Тільки від гепатиту B в світі щорічно помирає 600 тисяч чоловік. Раніше було вже показано, що клітини паренхіми печінки, або гепатоцити, у тупайі можуть бути інфіковані людськими вірусами HBV і HCV. Після прочитання генома T. belangeri chinensis стало очевидно, що відкриваються нові горизонти для досліджень генів імунної захисту вірусних гепатитів. В цьому відношенні заслуговують на увагу гени головного комплексу гістосумісності, або MHC (Major histocompatibility complex), які відіграють важливу роль у розвитку імунітету. Гени MHC класу I у T. belangeri chinensis хоч і кластеризуються в окрему групу, але виявляються близькими таким у людини (рис. 2b). Гени MHC класу III практично зовсім не розрізняються у тупайі і людини, а єдина відмінність полягає в одній додатковій копії гена С4 (рис. 2 с). Гени, що блокують реплікацію генома вірусу HBV або гальмують активність цього вірусу, називаються Trim. У тупайі, на відміну від людини, ген TRIM5 представлений декількома копіями, і, до того ж, в одну з копій вбудований мобільний елемент, або транспозон (рис. 2d), що ріднить тупайя з декількома видами мавп.

Отже, розшифрований геном тупайі дає дослідникам новий потужний інструмент, за допомогою якого можна вивчати різні захворювання і тестувати нові ліки. Можливо, незабаром ця тварина повністю замінить макаку та шимпанзе в біомедичних дослідженнях.

джерело: Yu Fan, Zhi-Yong Huang, Chang-Chang Cao, Ce-Shi Chen, Yuan-Xin Chen et al. Genome of the Chinese tree shrew // Nature Communications. 2013. V. 4. № 1426. (Стаття знаходиться у вільному доступі.)

Варвара Веденина


Like this post? Please share to your friends:
Залишити відповідь

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: