Гипервариабельный аллодетерминант беспозвоночных

Колониальные морские беспозвоночные, такие как губки, кораллы, мшанки и асцидии, часто живут в густонаселенных сообществах, где по мере роста над субстратом они сталкиваются с другими представителями своего вида. Такие встречи обычно приводят к естественной реакции гистосовместимости, при которой колонии либо сливаются в одну химерную колонию, либо отторгаются и агрессивно конкурируют за пространство. Эти явления аллорекогниции опосредуют внутривидовую конкуренцию [

• Francis L.

Внутривидовая агрессия и ее влияние на распространение Anthopleura elegantissima и некоторых родственных морских анемонов.

Biol. Bull. 1973; 144 : 73-92

• Buss L.W.
• Grosberg R.K.

Морфогенетическая основа фенотипических различий в конкурентном поведении гидроидных.
Nature. 1990; 343 : 63-66

• Buss L.W.

Конкуренция внутри и между инкрустирующими клональными беспозвоночными.
Trends Ecol. Evol. 1990; 5 : 352-356
], поддерживают аллотипическое разнообразие [

• Grosberg R.K.

Эволюция специфичности аллорекогниции у клональных беспозвоночных.
Q. Rev. Biol. 1988; 63 : 377-412
], контролировать уровень, на котором действует отбор [

• Stoner D.S.
• Ринкевич Б.
• Weissman I.L.

Наследственные соревнования зародышевых и соматических клеточных линий у химерных колониальных протохордатов.
Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1999; 96 : 9148-9153

• Buss L.W.

Паразитизм соматических клеток и эволюция совместимости соматических тканей.
Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1982; 79 : 5337-5341

• Buss L.W.

The Evolution of Individuality.
Princeton University Press , Princeton, NJ 1987

• Laird D.J.
• De Tomaso A.W.
• Weissman I.L.

Стволовые клетки – единицы естественного отбора у колониальной асцидии.
Cell. 2005; 123 : 1351-1360
], и напоминают аллогенные взаимодействия при беременности и трансплантации [

• Burnet F.M.

“Самораспознавание” у колониальных морских форм и цветковых растений в связи с эволюцией иммунитета.

Nature. 1971; 232 : 230-235

• De Tomaso A.W.
• Nyholm S.V.
• Palmeri K.J.
• Ishizuka K.J.
• Ludington W.B.
• Mitchel K.
• Weissman I.L.

Изоляция и характеристика локуса гистосовместимости протохордовых.
Nature. 2005; 438 : 454-459

• Литман Г.В.
• Cannon J.P.
• Dishaw L.J.

Реконструкция иммунной филогении: новые перспективы.
Nat. Rev. Immunol. 2005; 5 : 866-879

• Laird D.J.
• De Tomaso A.W.
• Купер М.Д.
• Weissman I.L.

50 миллионов лет эволюции хордовых: в поисках истоков адаптивного иммунитета.
Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2000; 97 : 6924-6926

]. Однако, несмотря на повсеместное распространение аллорекогниции в колониальных филах, ее молекулярная основа не была определена, помимо того, что в настоящее время известно о гистосовместимости у позвоночных и протохордовых. Мы позиционно клонировали ген аллорекогниции, используя инбредные штаммы цинидарии Hydractinia symbiolongicarpus, которая является модельной системой для изучения аллорекогниции беспозвоночных. Идентифицированный ген кодирует предполагаемый трансмембранный рецептор, экспрессируемый во всех тканях, способных к аллорекогниции, который является высокополиморфным и предсказывает ответы на аллорекогницию у лабораторных и полевых штаммов. Данное исследование показывает, что ранее не описанная гипервариабельная молекула с тремя внеклеточными доменами, имеющая наибольшее сходство с суперсемейством иммуноглобулинов, является аллодетерминантом у низших метазоанов.

Результаты и обсуждение

Колонии Hydractinia состоят из полипов, специализированных для питания, размножения или защиты, которые отпочковываются от мата – листа из двух эктодермальных клеточных слоев, которые окружают сеть эндодермальных гастроваскулярных каналов (рис. 1A). Колонии растут, расширяя передний край мата или удлиняя столоны, эктодермально покрытые расширениями гастроваскулярных каналов. Когда две колонии Hydractinia растут в контакте, они подвергаются реакции слияния-отторжения. Слияние характеризуется адгезией эктодермальных клеток и созданием непрерывной гастроваскулярной системы [

• Buss L.W.
• McFadden C.S.
• Keene D.R.

Биология гидрактинидных гидроидов. 2. Конкурентный механизм системы эффекторов гистосовместимости, опосредованный выбросом нематоцист.

Biol. Bull. 1984; 167 : 139-158

• Ланге Р.
• Plickert G.
• Müller W.A.

Гистонесовместимость у низшего беспозвоночного Hydractinia echinata : анализ механизма отторжения.

J. Exp. Zool. 1989; 249 : 284-292

] (рис. 1B и 1C). В отличие от этого, отторжение характеризуется неспособностью эктодермальных клеток прилипать и обширным привлечением нематоцитов к месту контакта [

• Buss L.W.
• McFadden C.S.
• Keene D.R.

Биология гидрактинидных гидроидов. 2. Конкурентный механизм системы эффекторов гистосовместимости, опосредованный выбросом нематоцист.

Biol. Bull. 1984; 167 : 139-158

• Ланге Р.
• Plickert G.
• Müller W.A.

Гистонесовместимость у низшего беспозвоночного Hydractinia echinata : анализ механизма отторжения.

J. Exp. Zool. 1989; 249 : 284-292

]. Нематоциты – это специфический для снидарий тип клеток, содержащий нематоцисты – гарпуноподобные органеллы, используемые для питания и защиты. Нематоциты в месте контакта изначально не выпускают свои нематоцисты, а собираются у края колонии (рис. 1D) и одновременно выстреливают после контакта, разрушая чужеродную ткань. Дополнительные нематоциты впоследствии мигрируют в зону контакта и выпускают свои нематоцисты, когда они ориентируются на противоположную колонию [

• Ланге Р.
• Plickert G.
• Müller W.A.

Гистонесовместимость у низшего беспозвоночного Hydractinia echinata : анализ механизма отторжения.

J. Exp. Zool. 1989; 249 : 284-292

]. Во время реакции отторжения столоны часто становятся гиперпластичными, набухают нематоцитами, поднимаются с субстрата и растут над противостоящей колонией (рис. 1E и 1F) [

• Buss L.W.
• McFadden C.S.
• Keene D.R.

Биология гидрактинидных гидроидов. 2. Конкурентный механизм системы эффекторов гистосовместимости, опосредованный выбросом нематоцист.

Biol. Bull. 1984; 167 : 139-158

• Ланге Р.
• Plickert G.
• Müller W.A.

Гистонесовместимость у низшего беспозвоночного Hydractinia echinata : анализ механизма отторжения.

J. Exp. Zool. 1989; 249 : 284-292

• Ivker F.B.

Иерархия гистонесовместимости у Hydractinia echinata .
Biol. Bull. 1972; 143 : 162-174

Изучение генетики аллореципрокности у Hydractinia началось в 1950-х годах, когда Хауэншильд [

• Hauenschild C.

Über die Vererbung einer Gewebeverträglichkeitseigenschaft bei dem Hydroidpolypen Hydractinia echinata .

Z Naturforsch Pt B. 1956; 11 : 132-138

• Hauenschild C.

Genetische und entwichlungphysiologische Untersuchungen über Intersexualität und Gewebeverträlichkeit bei Hydractinia echinata Flem.

Rouxs Arch. Dev. Biol. 1954; 147 : 1-41

] провел систематические селекционные эксперименты, в которых он создал две популяции F₂ популяций, полученных от двух отдельных пар колоний дикого типа. Он интерпретировал результаты этих скрещиваний с помощью однолокусной модели наследования, но отметил, что эта модель не объясняет небольшую часть результатов слияния в F₁ и F₂ поколениях. Более поздние исследователи также сообщали о результатах слияния, не согласующихся с простым однолокусным менделевским наследованием в F₁ и F₂ популяциях, полученных от колоний дикого типа [

• Grosberg R.K.
• Levitan D.R.
• Cameron B.B.

Эволюционная генетика аллорекогниции у колониального гидроида Hydractinia symbiolongicarpus .
Evolution Int. J. Org. Evolution. 1996; 50 : 2221-2240

]. Впоследствии наша лаборатория создала инбредные линии Hydractinia и продемонстрировала, что в этих линиях аллорекогниция сегрегируется как пара тесно связанных локусов, alr1 и alr2, которые отображены на хромосомном интервале 1,7 сМ [

• Mokady O.
• Buss L.W.

Трансмиссионная генетика аллорекогниции у Hydractinia symbiolongicarpus (Cnidaria:Hydrozoa).
Genetics. 1996; 143 : 823-827

• Cadavid L.F.
• Пауэлл А.Е.
• Nicotra M.L.
• Moreno M.
• Buss L.W.

Комплекс гистосовместимости беспозвоночных.
Генетика. 2004; 167 : 357-365

• Пауэлл А.Е.
• Nicotra M.L.
• Морено М.А.
• Lakkis F.G.
• Dellaporta S.L.
• Buss L.W.

Дифференциальное влияние локусов аллорекогниции на фенотип у Hydractinia symbiolongicarpus (Cnidaria: Hydrozoa).

Генетика. 2007; 177 : 2101-2107

] (рис. 2A). В наших инбредных штаммах в каждом локусе сегрегация происходит по двум аллелям (f и r). Колонии, разделяющие хотя бы один аллель по обоим локусам, сливаются, тогда как колонии, не разделяющие аллели ни по одному из локусов, отбраковываются. Колонии, разделяющие аллели только по одному локусу, подвергаются транзиторному слиянию, которое может быть двух типов [

• Cadavid L.F.
• Пауэлл А.Е.
• Nicotra M.L.
• Moreno M.
• Buss L.W.

Комплекс гистосовместимости беспозвоночных.
Генетика. 2004; 167 : 357-365

• Пауэлл А.Е.
• Nicotra M.L.
• Морено М.А.
• Lakkis F.G.
• Dellaporta S.L.
• Buss L.W.

Дифференциальное влияние локусов аллорекогниции на фенотип у Hydractinia symbiolongicarpus (Cnidaria: Hydrozoa).

Генетика. 2007; 177 : 2101-2107

]. Если колонии разделяют хотя бы один аллель в alr2 и ни одного в alr1, они первоначально сливаются, но через 1-3 дня после слияния у них появляется серая полоса через зону контакта, их гастроваскулярные каналы окклюзируются, и они окончательно разделяются в течение 1-3 дней (транзиторное слияние типа I) [

• Cadavid L.F.
• Пауэлл А.Е.
• Nicotra M.L.
• Moreno M.
• Buss L.W.

Комплекс гистосовместимости беспозвоночных.
Генетика. 2004; 167 : 357-365

• Пауэлл А.Е.
• Nicotra M.L.
• Морено М.А.
• Lakkis F.G.
• Dellaporta S.L.
• Buss L.W.

Дифференциальное влияние локусов аллорекогниции на фенотип у Hydractinia symbiolongicarpus (Cnidaria: Hydrozoa).

Генетика. 2007; 177 : 2101-2107

]. Напротив, колонии, разделяющие хотя бы один аллель в alr1 и ни одного в alr2, нормально сливаются в течение 1-4 дней, а затем демонстрируют циклы разделения и слияния, которые продолжаются неопределенно долго (транзиторное слияние типа II) [

• Пауэлл А.Е.
• Nicotra M.L.
• Морено М.А.
• Lakkis F.G.
• Dellaporta S.L.
• Buss L.W.

Дифференциальное влияние локусов аллорекогниции на фенотип у Hydractinia symbiolongicarpus (Cnidaria: Hydrozoa).

Генетика. 2007; 177 : 2101-2107
]. Таким образом, alr1 и alr2 совместно отличают себя от не-себя.

Позиционное клонирование и идентификация гена-кандидата alr2

Мы позиционно клонировали alr2 с помощью тесно связанного молекулярного маркера (маркер 174, рис. 2B) [

• Cadavid L.F.
• Пауэлл А.Е.
• Nicotra M.L.
• Moreno M.
• Buss L.W.

Комплекс гистосовместимости беспозвоночных.
Генетика. 2004; 167 : 357-365

]. Бактериальные искусственные хромосомы (BAC) и фосмидные геномные библиотеки были сконструированы из лабораторного штамма, гомозиготного по аллелю f в alr1 и alr2 (колония 833-8). Мы использовали ранее идентифицированные рекомбинанты [

• Cadavid L.F.
• Пауэлл А.Е.
• Nicotra M.L.
• Moreno M.
• Buss L.W.

Комплекс гистосовместимости беспозвоночных.
Генетика. 2004; 167 : 357-365

• Пауэлл А.Е.
• Nicotra M.L.
• Морено М.А.
• Lakkis F.G.
• Dellaporta S.L.
• Buss L.W.

Дифференциальное влияние локусов аллорекогниции на фенотип у Hydractinia symbiolongicarpus (Cnidaria: Hydrozoa).

Генетика. 2007; 177 : 2101-2107

] для определения проксимальной и дистальной границ локуса alr2 с шестью точками разрыва рекомбинации, локализованными в двух областях ∼15 кб на каждом конце контига (X’s, рис. 2B).

Минимальный путь черепицы над регионом alr2 был секвенирован и проанализирован на наличие предполагаемых кодирующих последовательностей (CDS), которых мы идентифицировали девять (Рисунок 2B и Таблица S1 доступны онлайн). Для каждой CDS мы получили полноразмерную последовательность кДНК и проанализировали экспрессию с помощью RT-PCR. Поиск по сходству, сравнивая каждый предполагаемый CDS с базами данных белков и консервативных доменов, определил эти гены как вероятные гомологи малатной дегидрогеназы Nematostella (CDS1), гипотетического белка комара, несущего анкириновые повторы и РНК-связывающий домен KH (CDS2), бычьего белка 8, связанного с актином (CDS3), куриного фактора сборки митохондриального F1 комплекса АТФ-синтазы 2 (CDS4) и альфа-1,6-фуксозилтрансферазы медоносной пчелы (CDS8). Наибольшее совпадение по BLAST для CDS7 было с белком неизвестной функции из нематоды Brugia malayi, в то время как CDS9 не был похож ни на один известный белок. Остальные две последовательности, CDS5 и CDS6, были частичными дубликатами CDS7 (рис. S1). Хотя продукты кДНК для CDS5 и CDS6 были амплифицированы с помощью 5′ RACE, эксперименты по 3′ RACE с теми же пулами кДНК, которые успешно использовались во всех других экспериментах RACE, неоднократно терпели неудачу, что говорит о том, что в этих последовательностях отсутствует полиаденилирование. Кроме того, CDS5 содержал мутацию со сдвигом рамки считывания, которая вставляла стоп-кодон в его третий экзон. Эти данные позволили нам сделать вывод, что CDS5 и CDS6, скорее всего, являются псевдогенами, возникшими в результате тандемной дупликации геномной области CDS7, и поэтому мы обозначили их как CDS5P и CDS6P.

Первоначальная оценка генов-кандидатов alr2 проводилась по двум критериям. Тот факт, что реакции аллораспознавания требуют контакта клетки с клеткой и включают в себя тканевую адгезию [

• Buss L.W.
• McFadden C.S.
• Keene D.R.

Биология гидрактинидных гидроидов. 2. Конкурентный механизм системы эффекторов гистосовместимости, опосредованный выбросом нематоцист.

Biol. Bull. 1984; 167 : 139-158

• Ланге Р.
• Plickert G.
• Müller W.A.

Гистонесовместимость у низшего беспозвоночного Hydractinia echinata : анализ механизма отторжения.

J. Exp. Zool. 1989; 249 : 284-292

] предполагает, что alr2 является мембрано-ассоциированным белком. Кроме того, кандидат alr2 должен демонстрировать значительный полиморфизм между гисто-несовместимыми инбредными штаммами, т.е. между f и r аллелями. Только CDS7 оказался одновременно кодирующим трансмембранный белок и обладающим высокополиморфным внеклеточным доменом (Таблица S1). CDS7 содержал 9 экзонов с полноразмерной кДНК длиной 2,3 кб, кодирующей 672 аминокислоты (рис. 2D). Белок представлял собой предсказанный трансмембранный белок I типа с сигнальным пептидом длиной 18 аминокислот (аа), за которым следовала внеклеточная область длиной 411 аа, состоящая из трех доменов, одной трансмембранной спирали длиной 23 аа и цитоплазматического домена длиной 220 аа. Цитоплазматический домен содержит мотив эндоцитоза и потенциальные сайты фосфорилирования для тирозинкиназы, протеинкиназы С и казеинкиназы II. Мы также провели поиск CDS7 на наличие мотивов активации иммунорецепторных тирозинов (ITAMs) (Y-xx-I/L-x_(6-12)-Y-xx-L/I, где x – любая аминокислота) и иммунорецепторных тирозиновых ингибиторных мотивов (ITIMs) ((I/L/V/S)-x-Y-xx-I/V/L), сигнальных мотивов, часто встречающихся в цитоплазматических доменах иммунных рецепторов позвоночных [

• Барроу А.Д.
• Trowsdale J.

Вы говорите ITAM, а я говорю ITIM, давайте все отменим: двусмысленность иммунорецепторной сигнализации.

Eur. J. Immunol. 2006; 36 : 1646-1653

]. Хотя мы не обнаружили канонических ITAM или ITIM, мы нашли один ITIM-подобный мотив (N-x-Y-xx-V), ранее идентифицированный у членов семейства лейкоцитарных иммуноглобулиноподобных рецепторов (LIR) [

• Cosman D.
• Fanger N.
• Borges L.

Цитомегаловирус человека, MHC класса I и ингибиторные сигнальные рецепторы: больше вопросов, чем ответов.
Иммунол. Rev. 1999; 168 : 177-185

] (рис. 2D). Выравнивание CDS7- f и CDS7- r выявило 26 аа полиморфизмов, 17 из которых были расположены в области 114 аа, кодируемой экзоном 2 (рис. 2D). Этот уровень полиморфизма был самым высоким среди всех экспрессируемых последовательностей в геномном регионе alr2 (Таблица S1). Саузерн-блот гибридизация соответствовала тому, что CDS7 является однокопийной последовательностью в геноме Hydractinia (Рисунок S2).

BLASTP-поиск CDS7 дал значительное выравнивание с различными белками из суперсемейства иммуноглобулинов. Эти выравнивания были исключительно между внеклеточной частью CDS7, кодируемой экзонами 2, 3 и 4 (далее домены I, II и III; рис. 2D) и полными или частичными иммуноглобулиноподобными (Ig-подобными) доменами. Несмотря на то, что наиболее значимое выравнивание было с гипотетическим белком Brugia (2 × 10-6 , 23% идентичности), большинство BLAST-попаданий было с членами семейства IgLON молекул адгезии нервных клеток с аналогичными значениями e- и % идентичности (см. Дополнительные результаты и обсуждение). Для дальнейшего изучения сходства между CDS7 и суперсемейством Ig мы искали в базах данных консервативных доменов и проводили поиск сходства на основе третичной структуры, которая должна быть чувствительна к отдаленным гомологиям. Эти методы последовательно предсказывали Ig-подобные складки для доменов I-III, причем домен I был наиболее похож на домены V-сетки, а домены II-III – на домены I-сетки (табл. S2). Множественное выравнивание последовательностей между доменами I-III и каноническими доменами I- и V-сетов показало, что домены Hydractinia соответствуют общим остаткам каркаса V/I-сетов [

• Harpaz Y.
• Chothia C.

Многие домены суперсемейства иммуноглобулинов в молекулах клеточной адгезии и поверхностных рецепторах принадлежат к новому структурному набору, который близок к набору, содержащему вариабельные домены.

J. Mol. Biol. 1994; 238 : 528-539

] во многих позициях, хотя только домен II обладает высоко консервативным триптофаном, и во всех доменах отсутствуют гиперконсервативные цистеины, характерные для большинства Ig-подобных доменов (рис. S3 и дополнительные результаты и обсуждение). В совокупности эти анализы показывают, что домены I-III наиболее похожи на Ig-подобные домены, и позволяют предположить, что CDS7 может быть новым членом суперсемейства Ig, хотя и отличным от него.

BLAST поиск по единственному секвенированному геному гидрозоя, Hydra magnipapillata, дал единственное значимое выравнивание между доменами I-III CDS7 и тремя Ig-подобными доменами из предсказанной титиноподобной молекулы (e = 0.009, 24% идентичности, scaffold ID: NW_002165237). Аналогично, BLAST поиск по геному звездчатой анемоны, Nematostella vectensis, дал значительное выравнивание между доменами II и III и несколькими предполагаемыми членами Ig-суперсемейства, с наибольшим совпадением с предсказанным белком, похожим на молекулы адгезии нейрональных клеток млекопитающих (e = 1 × 1 0-5, 27% идентичности, присоединение: XP_001637446). Мы не обнаружили синтении между геномной областью alr2 и геномом Nematostella, но обнаружили две небольшие дорожки синтении между интервалом alr2 и двумя различными скаффолдами в сборке генома Hydra (Рисунок S4). Ни один из путей синтении не включал CDS7, и ни один из скаффолдов Hydra не кодировал гены с иммуноглобулиноподобными доменами. Поиск по TBLASTN с CDS7 в ESTs цинидарий не привел к значимому выравниванию. Не было обнаружено значительного сходства между CDS7 и белками аллораспознавания FuHC и fester из протохордатной туникаты Botryllus schlosseri [

• De Tomaso A.W.
• Nyholm S.V.
• Palmeri K.J.
• Ishizuka K.J.
• Ludington W.B.
• Mitchel K.
• Weissman I.L.

Изоляция и характеристика локуса гистосовместимости протохордовых.
Nature. 2005; 438 : 454-459

• Nyholm S.V.
• Passegue E.
• Ludington W.B.
• Воскобойник А.
• Mitchel K.
• Weissman I.L.
• De Tomaso A.W.

fester , кандидат в рецепторы аллорекогниции из примитивных хордовых.
Immunity. 2006; 25 : 163-173

Экспрессия гена-кандидата alr2

Ген-кандидат alr2 должен экспрессироваться во всех тканях, способных к аллорекогниции. У Hydractinia поздние личиночные, полиповые и матовые ткани демонстрируют феномен аллорекогниции [

• Buss L.W.
• McFadden C.S.
• Keene D.R.

Биология гидрактинидных гидроидов. 2. Конкурентный механизм системы эффекторов гистосовместимости, опосредованный выбросом нематоцист.

Biol. Bull. 1984; 167 : 139-158

• Ланге Р.
• Plickert G.
• Müller W.A.

Гистонесовместимость у низшего беспозвоночного Hydractinia echinata : анализ механизма отторжения.

J. Exp. Zool. 1989; 249 : 284-292
], тогда как бластулы и ранние стадии личинок – нет [

• Poudyal M.
• Rosa S.
• Пауэлл А.Е.
• Moreno M.
• Dellaporta S.L.
• Buss L.W.
• Lakkis F.G.

Эмбриональный химеризм не вызывает толерантности в беспозвоночном модельном организме.
Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2007; 104 : 4559-4564

• Ланге Р.Г.
• Дик М.Х.
• Müller W.A.

Специфичность и ранний онтогенез гистораспознавания у гидроида Hydractinia .
J. Exp. Zool. 1992; 262 : 307-316

]. Экспрессия CDS7 была определена качественным методом RT-PCR в пулах кДНК, представляющих пять типов тканей (яйца, 64-клеточные эмбрионы, 2-3-дневные личинки, маты и полипы) и была обнаружена во всех исследованных тканях (Рисунок 3A). Количественный RT-PCR показал, что экспрессия была максимальной в тканях взрослой маты (Рисунок 3B). Мы подозреваем, что экспрессия CDS7, которую мы наблюдали в ранних эмбриональных тканях, отражает потребность в аллодетерминантах для развертывания в самом раннем онтогенезе колонии, поскольку колонии Hydractinia обладают недолговечными, не питающимися личинками, которые поселяются на раковинах раков-отшельников в специфических местах и имеют высокую вероятность встречи с сородичами сразу после метаморфоза [

• Yund P.O.
• Cunningham C.W.
• Buss L.W.

Взаимодействие при наборе и после набора в колониальном гидроиде.
Ecology. 1987; 68 : 971-982

Полиморфизм и предсказание фенотипа гена-кандидата alr2

Для дальнейшей характеристики роли CDS7 как аллодетерминанта мы использовали строгий тест, аналогичный тому, который применялся для идентификации локуса гистосовместимости FuHC у Botryllus [

• De Tomaso A.W.
• Nyholm S.V.
• Palmeri K.J.
• Ishizuka K.J.
• Ludington W.B.
• Mitchel K.
• Weissman I.L.

Изоляция и характеристика локуса гистосовместимости протохордовых.
Nature. 2005; 438 : 454-459

]. Поскольку колонии Hydractinia должны иметь хотя бы один аллель в alr1, alr2 или в обоих, чтобы избежать отбраковки, а слияние и временное слияние крайне редко встречается между собранными в поле колониями [

• Grosberg R.K.
• Levitan D.R.
• Cameron B.B.

Эволюционная генетика аллорекогниции у колониального гидроида Hydractinia symbiolongicarpus .
Evolution Int. J. Org. Evolution. 1996; 50 : 2221-2240

• Mokady O.
• Buss L.W.

Трансмиссионная генетика аллорекогниции у Hydractinia symbiolongicarpus (Cnidaria:Hydrozoa).
Genetics. 1996; 143 : 823-827

• Nicotra M.L.
• Buss L.W.

Тест на агрегацию личиночных родственников.
Biol. Bull. 2005; 208 : 157-158
], эти локусы, по прогнозам, должны быть высоко полиморфными [

• Grosberg R.K.

Эволюция специфичности аллорекогниции у клональных беспозвоночных.
Q. Rev. Biol. 1988; 63 : 377-412

]. Более того, пары собранных в поле колоний, которые не отбраковываются, должны иметь хотя бы один общий аллель в alr1 или alr2, что вряд ли может произойти случайно [

• Grosberg R.K.

Эволюция специфичности аллорекогниции у клональных беспозвоночных.
Q. Rev. Biol. 1988; 63 : 377-412

Мы оценили полиморфизм CDS7, изучив аллели двух наших инбредных штаммов и семи колоний дикого типа для получения в общей сложности 16 аллелей. Домен I был очень вариабельным (рис. 4A) и имел в среднем 31 парное различие между аллелями. Хотя 68/111 аминокислотных позиций в домене I различались по крайней мере между двумя аллелями, большинство остатков, совпадающих с консервативными остатками V/I-рамки в канонических Ig-подобных доменах, были неизменны (рис. 4B). Мы также проанализировали CDS7 на наличие признаков положительного отбора, выявив кодоны, в которых предполагаемая скорость несинонимичных мутаций превышала скорость синонимичных мутаций. Ожидается, что системы аллораспознавания находятся под положительным частотно-зависимым отбором, который благоприятствует редким аллелям [

• Grosberg R.K.

Эволюция специфичности аллорекогниции у клональных беспозвоночных.
Q. Rev. Biol. 1988; 63 : 377-412
]. Анализ по участкам с помощью статистического пакета HyPhy [

• Понд С.Л.К.
• Frost S.D.W.

Datamonkey: быстрое обнаружение селективного давления на отдельные сайты выравнивания кодонов.
Биоинформатика. 2005; 21 : 2531-2533

] идентифицировали шесть положительно отобранных кодонов, все в пределах домена I (Рисунок 4B и Таблица S3). Таким образом, CDS7 имел оба признака частотно-зависимого отбора – высокое число аллелей при низкой частоте [

• Wright S.

Распределение аллелей самостерильности в популяциях.
Генетика. 1939; 24 : 538-552
] и положительно отобранные участки.

Чтобы проверить, может ли CDS7 предсказать реакцию аллорекогниции, мы проверили собранные в поле колонии на их способность сливаться с инбредными колониями, несущими либо f (n = 497), либо r (n = 508) аллели alr1 и alr2. Только две колонии (0,2%) не смогли отбраковать лабораторные штаммы. Колония LH416 показала транзиторное слияние типа II против колонии f-тестера, что соответствует f-подобному аллелю alr1, а колония LH82 показала транзиторное слияние типа I против колонии f-тестера, что соответствует f-подобному аллелю alr2. Мы секвенировали полноразмерные кДНК двух аллелей CDS7 из LH82 (обозначенные как a и b), а также геномные области, кодирующие их. Предсказанные аминокислотные последовательности аллелей a и f различались на 41/672 участках, включая 31/119 участков в домене I. Напротив, аллели b и f были на 100% идентичны в домене I и различались только на 7/672 участках (1 в сигнальном пептиде, 1 в домене III, 1 в остальном внеклеточном домене и 4 в цитоплазматическом домене). Контрольное скрещивание между LH82 (CDS7- a/b ) и колонией, гомозиготной по r в обоих локусах аллораспознавания, показало, что аллель CDS7- b косегрегирует со способностью демонстрировать транзиторное слияние с колониями, несущими аллель CDS7- f (число потомков в скрещивании = 12; 5 потомков CDS7- a/r, все отвергли гомозиготного f-тестера; 7 потомков CDS7- b/r, все продемонстрировали транзиторное слияние с гомозиготным f-тестером). Таким образом, единственная колония дикого типа с фенотипом, позволяющим предположить, что она разделяет общий аллель alr2 с нашей инбредной линией f, также несла аллель CDS7, на 100% идентичный аллелю f по гипервариабельному внеклеточному домену. В настоящее время проводится более обширный анализ карты между вариациями последовательностей и слияемостью в природных популяциях.

Поскольку наши данные показали, что CDS7 является аллодетерминантом в наших инбредных линиях, демонстрирует обширный природный полиморфизм и предсказывает реакции аллораспознавания между нашими инбредными линиями и собранными в поле колониями, мы пришли к выводу, что это alr2 . Идентификация этого гена гистосовместимости у цинидарий дает возможность решить несколько давних вопросов об аллорекогнозии беспозвоночных, включая популяционно-генетические механизмы, поддерживающие вариации, роль, которую химеризм играет в распределении и численности колониальных организмов, и степень сохранения, если таковая имеется, между системами аллорекогнозии в колониальных таксонах. Кроме того, часто предполагаются связи между системами аллорекогниции цинидарий и протохордовых или между системами аллорекогниции беспозвоночных и элементами иммунной системы позвоночных, в частности MHC. Хотя Ig-подобные домены встречаются в иммунных молекулах позвоночных, гене Botryllus FuHC и, возможно, alr2 , похоже, нет никакого дополнительного сходства между известными поверхностными молекулами в этих трех системах. Действительно, все больше данных свидетельствует о том, что у животных развилось множество уникальных молекулярных механизмов для различения себя и не-себя, включая MHC у позвоночных, VCBPs у протохордовых [

• Cannon J.P.
• Haire R.N.
• Литман Г.В.

Идентификация диверсифицированных генов, содержащих иммуноглобулиноподобные вариабельные области у протохордат.

Source: cell.com