【Science】人类免疫系统中的“死亡蛋白”起源于细菌!这是怎么回事?
导读 | Dana-Farber癌症研究所和以色列的科学家们发现,人类的免疫系统复杂、精密、巧妙,可以说这简直就是一个奇迹般的“作品”,然而在这件“作品”中包含了一个有十亿年历史的蛋白质家族,细菌正是用这个蛋白质家族来防御病毒的。 |
昨日(1月13日),这项研究线上发表于《Science》,题为“Bacterial gasdermins reveal an ancient mechanism of cell death”。有越来越多的证据表明,免疫系统作为世界上最先进的防御疾病的武器,其组成部分早在远古时代就已经进化出了生命形式。这项研究表明,免疫系统吸纳了已经存在的元素,并在漫长的进化过程中,以新的方式利用这些元素,满足像人类一样生物学构造复杂的生物的需求。
https://www.science.org/doi/10.1126/science.abj8432
“世界各地的研究人员已经进行了大量的工作来了解人类免疫系统是如何工作的,”该研究的资深作者,Dana-Farber的Philip Kranzusch博士说,“人类免疫系统的关键部分,在细菌中也存在,这一发现为该领域的研究提供了新的蓝图。”
这项研究的重点是一种被称为gasdermin(暂时还没有相应的中文译名,在本文中采用其英文名)的蛋白质。gasdermin是哺乳动物中驱使免疫细胞自杀的“死亡蛋白”,当细胞被感染或癌变时,gasdermin会在细胞膜上形成孔隙,细胞膜破裂,随后一种叫做炎症性细胞因子的内容物被释放出来,发出感染或癌变的信号,并促使免疫系统联合起来进行防御。
这个过程就叫做细胞焦亡(pyroptosis),是免疫系统杀死患病或感染细胞的一个方式。它补充了更广为人知的细胞凋亡(apoptosis)的过程,即受损后残缺的或受感染的细胞会自毁。“细胞焦亡是先天免疫系统(人体对抗病原体的第一道防线)应对潜在威胁时作出的最快的方式之一。”这项研究的第一作者,Dana-Farber的Alex Johnson博士说。
人类的基因组中包含6个gasdermin蛋白家族的同源基因的编码,它们在不同的细胞类型中有不同的表达水平。在这项研究中,Johnson及其同事探索了这些蛋白质是否起源于细菌。
他们有充分的理由认为这种假设是有可能的。2019年,Kranzusch及其同事发现,人类免疫信号通路cGAS-STING起源于细菌,可以感知与癌症和感染相关的异常。“这些发现促使我们去寻找人类细胞和细菌细胞中免疫相关蛋白之间是否存在其他联系。”Kranzusch说。
这项研究的第一作者Tanita Wein博士、资深作者Rotem Sorek博士,以及以色列魏茨曼科学研究所(Weizmann Institute of Science)的同事,分析了被称为“抗噬菌体防御岛(antiphage defense islands)”的细菌DNA,因为它们包含了保护细菌免受噬菌体病毒感染的基因簇。研究人员确定了50个细菌基因,预测这些基因会产生与哺乳动物的gasdermin蛋白结构相似的蛋白质。
“我利用X射线晶体学确定了这些蛋白质的一系列结构,证实了它们与哺乳动物蛋白gasdermin的结构相似。”Johnson讲道。携带这些蛋白质的细菌广泛存在于世界上,有的生存在土壤中,有的生存在树叶和其他自然栖息地中。Johnson的研究中研究得最多的一种细菌最初是在威斯康星州(Wisconsin)的一种玉米植株上发现的。
Johnson的结构研究表明,虽然人类和细菌的蛋白gasdermin在结构上是相似的,但“细菌版本”往往只有“人类版本”的一半大,但在细胞膜上却可以形成(比在人类中看到的)更大的孔隙。所有这些gasdermin都是由类似的机制激活的,但它们引发的“事件链”在人类细胞中要广泛得多。在细菌细胞中,病毒感染可能引发细胞因细胞膜穿孔而死亡,从而阻止病毒的活动。在人类细胞中,受感染细胞的死亡会引发一系列的反应,带动免疫系统的其他部分对抗感染。
“这是一种非常原始的免疫形式,在人类中,这种免疫形式已经通过调节系统进行了调整和扩展,使我们的身体能够对感染或癌症做出反应。”Kranzusch说。
在人类复杂的免疫系统中,发现原始免疫形式的痕迹,有助于研究人员更好地了解免疫系统是如何形成的。“了解一台复杂机器的最原始、最简单的版本,可以让你对整个机器有一个新的理解。”Kranzusch评论道。同样的原理也可以应用于免疫系统的研究。(转化医学网360zhyx.com)
参考资料:
https://medicalxpress.com/news/2022-01-human-immune-ancient-family-cell.html
注:本文旨在介绍医学研究进展,不能作为治疗方案参考。如需获得健康指导,请至正规医院就诊。
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