Эволюция Ig и ЦНС.

[VladimirKox]

Современное представление о филогенезе специфических иммуноглобулинов изложено В.Г.Галактионовым статье «Происхождение специфических иммуноглобулинов» http://vivovoco.rsl.ru/VV/JOURNAL/NATURE/07_04/ANTI.HTM .

Однако имеется недоработка, в статье это названо «Большим взрывом». Речь идет об интродукции ретровирусных генов в геном хордовых для создания специфического иммунитета, что в рамках иммунной системы невозможно, что и будет показано ниже.
Необходимым условием для вертикальной передачи интегрированных генов является выживание мутантов. Жизнеспособность перспективных мутантов не может быть ниже, чем у представителей популяции их породившей. Это правило действует при каждой смене поколений, а исключения из него уничтожаются до тех пор, пока направленность естественного отбора не изменится.
Разумеется ретровирусные гены, из которых произошел V-set, внедрялись и ассимилировались в геноме. А вон происходило это, судя по всему, вне рамок эволюции иммунологической системы потому, что экспрессия одного или нескольких идиотипов Ig не дают никакого преимущества по выживанию особи, окруженной множеством патогенов, но требуют затрат пластического материала. Эффективность вариабельных генов, при их функционировании в иммунологической системе, заключается именно в их многообразии.
Соматическая рекомбинация V, J и C генов, предшествующая синтезу Н-цепи Ig не вполне рядовой случай (обычно, из одного гена синтезируется один полипептид, а тут для синтеза одного полипептида требуется три гена, да ещё и механизм, управляющий этой соматической рекомбинацией). Такой механизм, для управления соматической рекомбинацией, наблюдается ещё у Cadherin-related neuronal receptor (CNR) family genes, продукты которого экспрессируются на синаптической мембране. Если это не гомология, то - конвергенция наличествует. Это свидетельствует об однонаправленном давлении естественного отбора в обоих случаях, вследствие чего, обеспечивается вариабельность синтезируемых молекул.
С результатом поиска белков, гомологичных иммуноглобулину можно ознакомиться: http://www.ebi.ac.uk/interpro/ISearch?query=IPR013151 . Здесь среди гомологов иммуноглобулинов выявляются, среди прочего, Neural cell adhesion molecule 2 precursor (N-CAM 2) O15394 и Neuroglian precursor P20241 из генома drosophila melanogaster, а также рецепторы к ростовым факторам и адгезивные молекулы внеклеточного матрикса.
У низших хордовых (Petromyzon marinus) выявляет четыре группы гомологичных протеинов http://beta.uniprot.org/uniprot/?que...ation:15650874. Кроме Variable domains и VpreB-like molecule имеются Nectin-like molecule, о роли которого в морфогенезе нервной ткани можно судить по публикации http://lib.bioinfo.pl/pmid:15893517 и Gicerin-like protein http://www.blackwell-synergy.com/doi...9.2003.02209.x также участвуещем в морфогенезе ЦНС.
Со структурой иммуноглобулинового суперсемейства можно ознакомиться http://www.genome.ad.jp/kegg-bin/get...25B30&close=B3
Вот некоторые из гомологов иммуноглобулинов функционирующие в ЦНС
Adult male olfactory brain cDNA.
Протеин зеро миелина http://www.glialcell.net/showabstract.php?pmid=1691824 .
SigLectin http://www.pubmedcentral.nih.gov/art...?artid=1852502.
neurocan core protein precursor http://www.jcb.org/cgi/content/abstract/125/3/669.
N-CAM L1- like protein precursor, sodium channel роль этих молекул в функционировании ЦНС неопровержимо значима, но детальное описание её не является целью данной работы.
Brain carcinoembryonic antigen –этот антиген специфичен для мозга, кодируется последовательностью отличной от других канцероэмбриотических антигенов, которые сами по себе имеют высокую гомологию к V-set, но их физиологическая роль, как и процессы канцерогенеза в настоящее время далеки от понимания.
Opioid binding protein CAM http://www.sciencedirect.com/science...fc404efdc9bd28
Brain link protein http://www.sciencedirect.com/science...3e442f1ef0947a
myelin oligodendrocyte glycoprotein, Cell adhesion molecule 3, Matrix-remodeling-associated protein.
Выше приведенные данные свидетельствуют о том, что предшественники иммуноглобулинов выделились из семейства САМ первоначально в системе ЦНС:
ROBO1; roundabout, axon guidance receptor, homolog 1 (Drosophila) [KO:K06753]
ROBO2; roundabout, axon guidance receptor, homolog 2 (Drosophila) [KO:K06754]
ROBO3; roundabout, axon guidance receptor, homolog 3 (Drosophila) [KO:K06755]
Neuroglian precursor P20241(Drosophila) поскольку у беспозвоночных ничего похожего на систему специфического иммунитета нет, а имеются только фагоциты чем-то напоминающие макрофагов. В ЦНС, являясь одним общим с семейством кадхерина,
предшественники иммуноглобулинов приобрели способность к соматической рекомбинации и увеличили число копий в V-set регионе, а потом, уже взаимодействуя с фагоцитами, обеспечили формирование системы специфического иммунитета. Простое концентрирование патогенного материала на поверхности прародителя лимфоцита может увеличить эффективность работы фагоцитов. На этом этапе направление давление естественного отбора изменилось, и начался скачок эволюции, приведший к вымиранию промежуточных форм.
Известно, что нервная и лимфоидная ткань происходят из разных зародышевых листков, но также известно, что клетка, подвергнувшись опухолевой трансформации, способна экспрессировать антигены не свойственные исходной ткани (почему бы не рассматривать наследственную предрасположенность к формированию неоплазмы как начало эволюционного неогистогенеза?). Формирование гемато-энцефалического барьера обеспечило дивергенцию иммуноглобулинов и их предшественников, оставшихся в ЦНС.
Судя по всему, у этих предшественников иммуноглобулинов, оставшихся в ЦНС, сохранилась исконная тяга к образованию комплексов с мембранными гликопротеинами, и олигосахаридная часть этих молекул особо интересна. Субстраты для её синтеза имеют низкую, по сравнению с нуклеиновыми кислотами и белками, молекулярную массу – следовательно, диффундируют гораздо быстрее, следовательно, система более лабильна.
Химические отличия у оптических изомеров олигосахаридов выявляются только при применении изощренных аналитических методов, следовательно, именно структурные отличия важны. Структура - генетически не детерминирована и имеет большую информационную емкость (то, что не используется - подлежит уничтожению, как и пищеварительная система у плоских паразитических червей).
Кстати, для структурного кодирования информации, заключенной во временной последовательности потенциалов действия, биохимическая система должна: сохранять предисторию процесса, оперативно реагировать на событие (генерирование очередного ПД), отображать временной интервал между событиями. Как приспособить для удовлетворения этих требований нуклеиновые кислоты и белки, используя инструментарий системной биологии «Systems Biology Markup Language» (http://sbml.org/index.psp) – лично мене пока непонятно.
В случае с олигосахаридами вероятна следующая цепь событий: генерирование ПД приводит к изменению строения водных кластеров цитоплазмы, это приводит к включению моносахарида в растущую цепочку олигосахарида вне зависимости от предистории процесса (оперативная реакция), одновременно запускается механизм химической модификации синтетаз (фосфорилирование - дефосфорилирование, или что-то похожее). Степень химической модификации синтетаз (отображение временного интервала между событиями), переходя из возбужденного состояния (генерирование ПД) в состояние покоя (длительное отсутствие ПД), определяет, какой именно из оптических изомеров встраивается в растущую цепочку олигосахарида, в момент изменения строения водных кластеров в цитоплазме нейрона.
Т.Е. одна и та же синтетаза, используя один и тот же субстрат (наверно глюкозу), в зависимости от собственной степени химической модификации, может включать в растущую цепочку олигосахарида разные, но предопределенные оптические изомеры гексозы. Т.Е. антигенные детерминанты мембранных олигосахаридов представляют информацию о физиологическом состоянии клетки, для восприятия этой информации межклеточным сообществом.
Вероятно, гематоэнцефалический барьер сформировался не для облегчения жизни медленным вирусным инфекциям, а для экранирования информационных систем, использующих однотипные сигналы (идиотип-антиидиотипические взаимодействия).

[Nathalie2089]

Очень интересная статья ))) Можете уточнить несколько моментов?
1. Вы сначала говорите о рекомбинации, а потом - о модификации. Так и не поняла, какая между ними связь...
2.

Сообщение от VladimirKox

Такой механизм, для управления соматической рекомбинацией, наблюдается ещё у Cadherin-related neuronal receptor (CNR) family genes, продукты которого экспрессируются на синаптической мембране.

А зачем этим рецепторам соматическая рекомбинация?
3.Есть какие-нибудь экспериментальные данные о включении оптических изомеров гексоз в мембранные олигосахариды?

[VladimirKox]

Соматическая рекомбинация ДНК в лимфоидных клетках имеет необратимый характер. Процесс определяется вероятностными событиями, что приводит к увеличению идиотипического многообразия иммуноглобулинов. Это необходимо для распознавания иммуноцитами неизвестных ранее антигенных детерминант. Вероятно, что и кадхериновое семейство белков (а может быть, какие - либо другие белки глиоцитов) способно распознавать неизвестные ранее организму структуры эндогенных биополимеров, а в последствии помогать различать известное и неизвестное (как в случае первичного и вторичного иммунного ответа).
В случае трансформации временной последовательности ПД в структурные изменения биополимера, посттрансляционная химическая модификация внутриклеточных ферментов (нуклеотидциклаз, киназ, фосфорилаз и некоторых протеаз и нуклеаз) нужна, в конечном итоге, для производства компонента плазматической мембраны, где он будет пространственно доступен для распознавания межклеточным сообществом (иначе нейрон превращается в этакую вещь в себе). Обратимость процесса - присутствует (в случае процессинга - возможно замещение модифицированных молекул их вновь синтезированными копиями). На смену случайности, свойственной перестройкам ДНК, приходит предопределенность результата химической модификации фермента.
Для процесса обеспечивающего импритинг и его последующее проявление необходима как необратимость, так и предопределенность. Этого не может обеспечить ни один из описанных выше механизмов по отдельности, но это может взаимодействие двух вышеупомянутых механизмов. Это же взаимодействие может обеспечить необходимую лабильность, при восприятии образа (особенно выраженную на фоне рефлекса «что – такое?»), и стабильность, при сохранении энграммы (в случае классификации запечатленного образа как физиологически значимого).
Короче. Если новая временная последовательность ПД приводит к появлению на мембране нейрона олигосахарида с измененной структурой, и олигосахарид встречается при благоприятных условиях с рецептором глиоцита, полученным в результате соматической рекомбинации ДНК, то может запуститься цепочка событий, приводящая к формированию энграммы. Активированный этой встречей глиоцитарный пул в последующем может реагировать на данную структуру как на знакомый стимул.
В том, что оптические изомеры глюкозы включаются (или не включаются, что тоже приводит к изменению структуры) в структуру мембранных олигосахаридов, Вы можете убедиться, обратившись к ссылке:
http://www.google.ru/search?complete...BD%D0%BE%D0%BC
Вопросы более серьезные в том, когда в структуре мембранных олигосахаридов происходят изменения, что именно вызывает эти изменения, как эти изменения используются межклеточным сообществом? Где первичные изменения структуры, а где спонтанный гидролиз?
Эх! как прекрасно фракционируются и идентифицируются стабильные белки и нуклеиновые кислоты, да и цепочка у них не ветвится…

[VladimirKox]

Бабочки хранят воспоминания о своем детстве

09.03.2008 22:04 Deep_Forest / Tanya комментарии: 1
Бабочка сохраняет воспоминания о боли, которую она испытала, будучи личинкой. Об этом свидетельствует работа Марты Вейс (Martha Weiss) из Университета Джоржтауна, Вашингтон. Ранее исследования плодовых мушек, которые, так же как и бабочки, имеют стадию личинки, показали, что у некоторых насекомых нервные связи способны сохраняться при таких драматических изменениях, как метаморфоз.
Работа, опубликованная в PLoS ONE, выполнена на бражнике Manduca sexta. Гусеница бражника питается листьями табака, распространена на всей территории США. Через три недели после появления гусеница окукливается и в течение 18 – 24 часов перестраивает себя, начиная с пищеварительного тракта и заканчивая нервной системой.
Исследователи помещали двухнедельных гусениц в трубку с двумя камерами: в одной был чистый воздух, другую насыщали запахом этилацетата. В контроле гусеницы не выказывали предпочтения какой-либо камере. В опыте гусеницам предлагали запах этилацетата и одновременно подвергали их действию электрического тока. В результате они учились избегать камеры с запахом этилацетата. Как сообщила Вейс, такое поведение насекомые демонстрировали и после превращения в бражника. Избегание сохранялось в течение 35, 45 и даже 50 дней. Эксперименты повторили с гусеницами недельного возраста, у которых менее развиты мозговые структуры. Исследователи показали, что в этом случае запоминания связи между электрошоком и запахом этилацетата после превращения во взрослых насекомых не происходит.

По сообщению Science Magazine:
http://sciencenow.sciencemag.org/cgi...ull/2008/305/2

Оригинальная статья доступна на сайте PLos ONE:
http://www.plosone.org/article/fetch...l.pone.0001736

--------------------------------------------------------------------------------
Поблагодарили (6): vladimirchi, daniil_naumoff, Berejnoy, Mike Shelk, asenic, laska56
Новость от Molbiol.ru
А может при метаморфозе у насекомых сохраняются не синаптические связи, а какие то вещества или клеточные пулы?
Никогда ранее не интересовался энтомологией, а теперь придется.

[asenic]

Сообщение от VladimirKox

А может при метаморфозе у насекомых сохраняются не синаптические связи, а какие то вещества или клеточные пулы?

Да, интересная статья! Про механизмы у авторов пока только косвенные данные из сравнения с аналогичным обучением и развитием мозга у дрозофил. Но это вообще первая статья, в которой чётко показан в поведении эффект сохранения обучения при метаморфозе; теперь, с появлением модели, не вызывающей критики, всё впереди ;) Авторы как раз предполагают проверку своих результатов удалением долей грибовидных тел, отвечающих за аналогичное обучение у мух и развивающихся у личинки в найденный исследователями критический период обучения. Нейронные пулы (со всеми своими химическими потрохами) конечно сохраняются, не одни синапсы ;)

[VladimirKox]

Сообщение от asenic

Нейронные пулы (со всеми своими химическими потрохами) конечно сохраняются, не одни синапсы ;)

Почему-то глиоцитарные пулы меня интересуют больше. Кто нибудь их популяцию на предмет гетерогенности прощупывал, так же дотошно, как и лимфоцитарную? А вдруг и там есть какие либо микроглиохелперы или олигодендроцитосупрессоры.
Пойду в google, может там и узнаю насколько стабильны синапсы при метаморфозе.

[VladimirKox]

Сообщение от Nathalie2089

3.Есть какие-нибудь экспериментальные данные о включении оптических изомеров гексоз в мембранные олигосахариды?

http://www.pnas.org/content/103/1/21.full.pdf
http://www.biolsci.org/v01p0126.htm

[VladimirKox]

Попалась интересная статья о взаимотношениях глии и нейронов.
http://www.sciam.ru/2004/7/neyrobiology.shtml

[VladimirKox]

Olfactory receptor-like genes are located in the human major histocompatibility complex.
Fan,W. , Liu,Y.C. , Parimoo,S. , Weissman,S.M.

Boyer Center for Molecular Medicine, Yale University School of Medicine, New Haven, Connecticut 06510, USA.

The murine major histocompatibility complex (MHC) includes sequences that are responsible for haplotype-specific odor types that, in turn, influence mating preference. We report that there are several olfactory receptor genes or pseudogenes in the Class I region of the human MHC. At least one of these genes is intact, appears to encode an mRNA, and is quite homologous to a previously reported murine olfactory receptor.

[VladimirKox]

Expression of a killer cell receptor-like gene in plastic regions of the central nervous system.
Bryceson,Y.T. , Foster,J.A. , Kuppusamy,S.P. , Herkenham,M. , Long,E.O.

Laboratory of Immunogenetics, National Institute of Allergy and Infectious Diseases, National Institutes of Health, 12441 Parklawn Drive, Rockville, MD 20852, USA.

A property common to the immune system and the nervous system is regulation by a highly complex and adaptable network of cellular interactions. Major histocompatibility complex (MHC) class I molecules, which are ligands of antigen-specific receptors on CD8 T cells and of inhibitory receptors on natural killer cells, have an important and surprising role in the control of activity-dependent neuronal plasticity in the central nervous system (CNS). While expression of MHC class I molecules in neurons has been reported, corresponding immune receptors have not been identified in the CNS. Here we show selective expression of a gene related to killer cell immunoglobulin-like receptor (KIR) genes in subregions of the mouse brain where synaptic plasticity and neurogenesis occur, including olfactory bulbs, rostral migratory stream and dentate gyrus of hippocampus. These results suggest new functions for KIR-like molecules in the CNS.