Bakteriális eredetű toxinok szerepe a veleszületett immunitás evolúciójában

2023. máj. 17. | Hírek

Az immunrendszer számos védekező folyamat segítségével óvja a szervezetet a patogénektől, míg a betolakodók a védekező folyamatokat semlegesítő mechanizmusokkal reagálnak. Ez a folyamatos kölcsönhatás mind az immunválasz, mind pedig a patogének virulencia faktorainak változatos formáit eredményezte. Az immunválaszért felelős, folyamatosan fejlődő molekuláris hálózatok alapvető elemei nemzedékről nemzedékre, vertikálisan öröklődnek. Kutatásainkat intenzív nemzetközi együttműködés keretében végeztük a Kaliforniai Egyetem munkatársaival és eredményeinket az Amerikai Tudományos Akadémia PNAS folyóiratában közöltük az ELKH és a Kaliforniai Egyetem kutatóinak megosztott első és felelős szerzőségével (doi: 10.1073/pnas.2218334120). Kimutattuk, hogy bakteriális eredetű gének horizontális géntranszferrel kerültek át eukarióta szervezetek genomjába ahol beépültek a veleszületett immunvédekezési folyamatokba és elősegítették a környezeti tényezőkhöz történő alkalmazkodást. A citoletális duzzasztó toxin B (CdtB) és az 56 kDa apoptózis indukáló fehérje (AIP56) toxinokat kódoló gének, az evolúció során ~21 millió évvel ezelőtt, horizontális géntranszferrel kerültek át mikroorganizmusokból rovarok genomjába. Ismeretes, hogy a CdtB és az AIP56 toxinokat a baktériumok eukarióta szervezetek ellen, azok károsítására alkalmazzák. Megállapítottuk, hogy a parazitoid darazsakkal szemben rendkívül hatékonyan védekező ananassae alcsoportba tartozó Drosophila fajok a CdtB és az AIP56 toxinokat a parazitoidok ellen alkalmazzák. Vizsgálatainkhoz a Drosophila ananassae-t használtuk, melynek genomjában, a második kromoszómán, egy cdtB  és két fúziós cdtB::aip56 A és  cdtB::aip56 B gén található. A CdtB fehérjét az embrió immunsejtjei, a makrofágok termelik, míg a fúziós fehérjék a parazitoid darázzsal fertőzött D. ananassae lárvák immunrendszerében fejeződnek ki. A CdtB::AIP56 fehérjéket kimutattuk a gazdaszervezetből izolált parazitoidok felszínén található szerózán (1. Ábra). Megfigyeltük, hogy a cdtB és cdtB::aip56 génekben mutáns D. ananassae törzsek a vad típushoz képest lényegesen érzékenyebbek a parazitoid darázsfertőzésekre.  Eredményeink arra engedtek következtetni, hogy a gazdaszervezet által termelt toxin fehérjék elsősorban a betolakodó parazitoidok korai, még embrionális fejlődési stádiumában kapcsolódhatnak a parazitoidot védő és tápláló szeróza membránhoz, és gátolhatják annak megfelelő működését.

Megállapítottuk tehát, hogy évmilliókkal ezelőtt prokariótákból származó gének épültek be a rovarok genomjába, majd az ott jelenlévő immun-védekező hálózatokba integrálódtak és jelenleg új modulokként rendkívül fontos szerepet töltenek be a parazitoid darazsak elleni hatékony védekezésben. A prokarióta toxinokat kódoló gének, melyeket a mikroorganizmusok eukarióta szervezetek károsítására alkalmaznak, állati szervezetekben makromutációkkéntevolúciós újításokkal egy nem-kanonikus immunválaszhoz vezettek, melynek részeként említhetők az ananassae alcsoport fajaira jellemző, közelmúltban felfedezett sokmagvú óriás vérsejtek is (doi.org/10.1159/000369618). Azt feltételezzük, hogy az eukariótákat károsító toxinokat termelő eukarióta szervezet úgy képes elkerülni az autoxicitást, hogy egyrészt egyes kölcsönható fehérjék a toxinokhoz kapcsolódnak és azok aktivitását blokkolják, másrészt pedig elképzelhető, hogy a toxinok inaktív formában vannak jelen és aktív formájuk eléréséhez szerkezeti módosítás szükséges, mely kontrollált körülmények között, alacsony szinten zajlik.  Az újonnan Drosophilá-ban felfedezett komplex immunválaszok a veleszületett immunvédekezési folyamatok evoluciójának és működésének mindeddig ismeretlen területeire vezetnek, melyek további kutatások számára nyitnak új perspektívákat.

1. Ábra A parazitoidok szerózáján indirect immunofluoreszcenciával kimutatott AIP56 A/B fehérjék

A munkát az alábbi közleményben ismertetjük:

Verster KI, Cinege G, Lipinszki Z, Magyar LB, Kurucz É, Tarnopol RL, Ábrahám E, Darula Z, Karageorgi M, Tamsil JA, Akalu SM, Andó I, Whiteman NK. 2023. Evolution of insect innate immunity through domestication of bacterial toxins. PNAS. 120(16):e2218334120. doi: 10.1073/pnas.2218334120.

A közleményt ismertető tudósítás:

Oliver KM. 2023. Flies co-opt bacterial toxins for use in defense against parasitoids. PNAS. COMMENTARY. 120(19):e2304493120. doi.org/10.1073/pnas.2304493120.