В крови может содержаться эволюционный пережиток, более древний, чем все живое

Фото из открытых источников

Мало кто задумывается о крови, циркулирующей в наших венах каждый день. Подобно нейронам, активизирующимся в нашем мозге, или постоянному вдоху и выдоху, это всегда присутствует на заднем плане – незаметная особенность нашего тела, помогающая нам выживать.

Однако для некоторых ученых эта красная жидкость, пульсирующая в каждой конечности с каждым ударом сердца и транспортирующая кислород, в котором так отчаянно нуждаются наши клетки, представляет собой захватывающую загадку.

Почти у каждого животного на этой великолепной планете есть кровь… но откуда она взялась?

Теперь же, в рамках амбициозного проекта, международная группа исследователей под руководством Киотского университета в Японии проследила эволюционную историю клеток крови на протяжении 700 миллионов лет и обнаружила, что они не были созданы с нуля после возникновения многоклеточной жизни. Результаты исследования опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Вместо этого, похоже, кровь была собрана из переработанных и модернизированных генетических компонентов, унаследованных от одноклеточных предков, живших за сотни миллионов лет до появления животных.

«Я глубоко тронут этими результатами, которые представляют собой кульминацию нашей работы и показывают, что пути дифференцировки клеток крови позвоночных отражают 700-миллионную эволюционную историю этих клеток», — говорит руководитель исследования иммунолог Хироши Кавамото из Киотского университета.

По сравнению с некоторыми аспектами эволюционной истории, проследить путь крови невероятно сложно. Кости, чешуя, перья и раковины окаменевают. Клетки же обычно не окаменевают.

Поэтому для понимания их происхождения необходим косвенный подход.

Основной единицей, на основе которой исследователи составили свою эволюционную историю, является транскриптом — по сути, снимок экспрессии генов, показывающий, какие гены активны, а какие нет в той или иной клетке.

Они собрали данные транскриптома для широкого круга видов, включая человека, мышей, рыбок данио, асцидий (оболочников), морских ежей, мух, червей, губок и некоторые одноклеточные организмы.

Затем исследователи стали искать общие закономерности, рассудив, что если два очень отдаленных типа клеток используют глубоко схожие механизмы регуляции, то они могут произойти от одной и той же исходной клеточной программы.

Хотя и возможно, что два организма могут независимо друг от друга развить схожие признаки, это становится гораздо менее вероятным, чем глубже, шире и сложнее эти сходства.

Результаты этого анализа показали, что первые клетки крови, вероятно, сильно отличались от сложных, оптимизированных переносчиков кислорода, которые сегодня так усердно работают в вашем организме.

Вместо этого они представляли бы собой неуклюжие, похожие на амебы образования, аналогичные макрофагам — крупным белым кровяным клеткам, составляющим танковый отряд вашей иммунной системы, — подвижным падальщикам, способным поглощать и переваривать вторгшиеся микробы.

Но они и не появились из ниоткуда.

Когда исследователи сравнили генетическую активность клеток крови с активностью современных одноклеточных организмов, близкородственных животным, они обнаружили поразительные сходства.

У некоторых одноклеточных организмов генетические программы были очень близки к программам макрофагов, включая фагоцитоз — процесс поглощения и потребления частиц.

Чтобы более детально изучить эту связь, исследователи обратились к гену, который они неоднократно обнаруживали как в клетках крови животных, так и в одноклеточных организмах: Fos.

Этот ген помогает регулировать рост и изменения клеток, и его многократное появление у столь разных организмов сделало его главным подозреваемым.

Они выбрали один одноклеточный организм, максимально увеличили экспрессию Fos и заметили, что вместо того, чтобы собираться в скопления, как это обычно происходит с этим организмом, клетки оставались в изолированном, амебоподобном состоянии.

Результаты показывают, что генетический механизм, отвечающий за макрофагоподобное поведение, впервые появился в одноклеточных организмах за сотни миллионов лет до того, как животные и одноклеточные эукариоты отделились от общего предка.

Исследователи полагают, что именно здесь клетки крови разделились на две основные эволюционные ветви.

От макрофагоподобных клеток-предшественников крови в конечном итоге отделилась вторая крупная линия: предки тучных клеток, иммунных клеток, которые служат сигналом тревоги против чужеродных агентов.

Эти тучные клетки впоследствии дали начало Т-клеткам, эритроцитам и тромбоцитам, а макрофаги, в свою очередь, стали производить В-клетки, вырабатывающие антитела 

По словам исследователей, эти результаты могут помочь разгадать эволюцию таких заболеваний, как рак, но они также демонстрируют глубоко укоренившееся наследие, восходящее к нашим самым ранним и скромным истокам.

«Когда я осознаю, что это наследие столь давних времен циркулирует в моем организме в виде клеток крови, я чувствую себя ближе к нашим далеким предкам», — говорит соавтор исследования иммунолог Йосуке Нагахата из Института эволюционной биологии в Испании.