Una búsqueda de pistas sobre los orígenes del sistema inmunológico eucariota

doLas hipótesis actuales sugieren que toda la vida en la Tierra evolucionó a partir de un ancestro común que se diversificó en la variedad de organismos que vemos hoy. Los científicos proponen que la rama eucariota de este árbol genealógico se formó cuando dos procariotas, una antigua bacteria y una célula arqueal, se fusionaron, formando una relación simbiótica mantenido en el tiempo.¹

“Si esto es cierto”, dijo Pedro Leónbiólogo de arqueas de la Universidad de Radboud, “tenemos que comprender qué tipos de características [archaeal] El anfitrión le estaba trayendo al primer eucariota”. Como investigador postdoctoral en Brett Baker’s En el laboratorio de la Universidad de Texas en Austin, Leão exploró los orígenes arqueales de los eucariotas o eucariogénesis.

Leão tropezó con los sistemas de defensa procarióticos después de que él y sus colegas identificaron virus que infectan arqueas.² Razonó que las arqueas, al igual que las bacterias, también poseerían mecanismos antivirales, y éstos podrían haberse conservado en los eucariotas modernos. Comenzó a investigar en la literatura en busca de información sobre los sistemas de defensa de las arqueas y los orígenes de la inmunidad eucariota, y encontró un papel de perspectiva Esto despertó su interés: atribuía componentes inmunes eucariotas predominantemente a bacterias y sólo mencionaba brevemente la existencia de proteínas de defensa de arqueas.³

Leão se dio cuenta de que una de las razones de este desprecio por las arqueas era que los genomas de las arqueas estaban mal representados en el estudios que investigó el procariótico orígenes de los sistemas de defensa eucariotas.^4,5 “Pensé: ‘Está bien, este es un trabajo fácil para lo que hacemos’. Podemos simplemente seleccionar un buen conjunto de datos de genomas de arqueas y buscar exactamente las mismas cosas’”, recordó Leão.

Él y sus colegas exploraron los sistemas de defensa arqueales de Asgard archaea, el procariótico moderno más cercano a los eucariotas, y compararon su homología con la de los eucariotas. En un artículo publicado en Comunicaciones de la naturalezael equipo demostró que dos clases de proteínas del sistema de defensa encontrados en estas arqueas están relacionados con los de los eucariotas.⁶ Los hallazgos Ofrecer una visión más profunda de los orígenes de los primeros sistemas inmunológicos y cómo funcionaban.

Leão y su equipo utilizaron un base de datos de sistemas de defensa procarióticos para estudiar la distribución de sistemas completos en los genomas de arqueas, incluidas las arqueas de Asgard, y bacterias.⁷ Los investigadores identificaron dos grupos de proteínas que eran más comunes en las arqueas de Asgard que en otras arqueas y bacterias: argonautas, proteínas del complejo silenciador inducido por ARN y viperinas (abreviatura de proteína inhibidora de virus, asociada al retículo endoplasmático, inducible por interferón). .

viperinas y argonautas Ambos están altamente representados en los sistemas de defensa antivirales de los eucariotas, por lo que el equipo comparó la similitud de estas proteínas con las encontradas en las arqueas de Asgard.^8,9 Construyeron un árbol filogenético utilizando genomas eucariotas, arqueales y bacterianos y demostraron que tanto las proteínas viperina como argonauta en eucariotas compartían un ancestro con las de las arqueas de Asgard. Confirmaron además que la homología estructural, incluidos los dominios funcionales clave, de ambas proteínas se conservaba entre arqueas y eucariotas.

Si bien la secuencia compartida y la homología estructural de estas proteínas eran prometedoras, Leão intentó demostrar aún más que estas proteínas arqueales funcionaban como las de los eucariotas. El equipo expresó 48 genes diferentes de viperina Asgard en Escherichia coli antes de introducir bacteriófagos para evaluar la actividad de las viperinas. De las proteínas producidas, nueve protegidas Escherichia coli contra la infección por virus. Dado que algunas secuencias eran más similares a las de los eucariotas, los investigadores optimizaron los genes de viperina que codificaban estas nueve proteínas para su expresión en Escherichia coliy una viperina arqueal adicional demostró actividad antifagos.

El equipo también descubrió que, en promedio, las arqueas de Asgard tienen un número comparable de sistemas de defensa por genoma al de otras arqueas y bacterias. Sin embargo, algunas clases tenían una proporción mucho menor, incluida Heimdallarchaeia, que es más similar a los eucariotas.

“En mi opinión, este es un buen consejo de que podríamos tener algunos sistemas de defensa únicos solo en las arqueas en general”, dijo Leão. Tiene la intención de explorar los sistemas de defensa específicos de las arqueas con más detalle en su laboratorio. “Si seguimos buscando sistemas de defensa en Archaea a través de homólogos de los ya descritos en bacterias, no los encontraremos”.

Buzz Baumun biólogo celular que estudia arqueas en el Laboratorio de Biología Molecular del Consejo de Investigación Médica que no participó en el estudio, compartió esta idea. “Puede haber muchas cosas en Asgard que no sabemos qué hacen, pero que en realidad funcionan en [an] contexto inmunológico”. También le entusiasma aprender más sobre cómo funciona el sistema inmunológico de las arqueas. “Será maravilloso poder ver en los próximos años, en tiempo real, cómo las células emplean estos sistemas para defenderse”.