Secondo un nuovo studio condotto dai ricercatori della University of Pittsburgh School of Medicine, il modo in cui un minuscolo invertebrato marino distingue le proprie cellule dagli orsi concorrenti è sorprendente per il sistema immunitario umano.

I risultati, pubblicati ora in Proceedings of the National Academy of Sciences , suggeriscono che i mattoni del nostro sistema immunitario si siano evoluti molto prima di quanto si pensasse in precedenza e potrebbero aiutare a migliorare la comprensione del rigetto del trapianto, guidando un giorno lo sviluppo di nuove immunoterapie.

"Per decenni, i ricercatori si sono chiesti se l'autoriconoscimento in una creatura marina chiamata Hydractinia symbiolongicarpus fosse simile ai processi che controllano se un pezzo di pelle può essere innestato con successo da una persona all'altra", ha affermato l'autore senior Matthew Nictora, Ph.D. ., assistente professore di chirurgia e immunologia presso il Thomas E. Starzl Transplantation Institute. "Il nostro studio mostra per la prima volta che un gruppo speciale di proteine ​​​​chiamate superfamiglia delle immunoglobuline - che sono importanti per l'immunità adattativa nei mammiferi e in altri vertebrati - si trovano in un animale così lontanamente imparentato".

Hydractinia symbiolongicarpus appartiene allo stesso gruppo di meduse, coralli e anemoni di mare. Con corpi a forma di tubo adornati con tentacoli per catturare la preda, gli animali assomigliano un po' a versioni minuscole di stravaganti uomini tubolari gonfiabili che ballano fuori da una concessionaria di automobili. Crescono come colonie che incrostano i gusci dei granchi eremiti come licheni su una roccia.

"Man mano che le colonie crescono e competono per lo spazio sui gusci di granchio, spesso si scontrano", ha spiegato Nicotra, che è anche direttore associato del Center for Evolutionary Biology and Medicine della Pitt's School of Medicine. "Se due colonie si riconoscono come sé, si fondono insieme. Ma se si identificano come non sé, le colonie combattono rilasciando strutture simili a arpioni da cellule speciali".

Nicotra e i suoi colleghi hanno precedentemente identificato due geni chiamati Alr1 e Alr2 coinvolti nel sistema di miccia o lotta di Hydractinia, ma hanno previsto che c'era di più nella storia.

"Se immagini che il genoma dell'animale sia sparso davanti a noi, avevamo una torcia su questi due piccoli punti, ma non sapevamo cos'altro ci fosse", ha detto Nicotra. "Ora siamo stati in grado di sequenziare l'intero genoma e illuminare l'intera regione attorno a questi geni. Si scopre che Alr1 e Alr2 fanno parte di un'enorme famiglia di geni".

Nel nuovo studio, i ricercatori hanno identificato e sequenziato 41 geni Alr, che formano un complesso che probabilmente controlla l'auto-riconoscimento rispetto al non-auto-riconoscimento nell'idractinia.

Successivamente, il team ha voluto vedere come codificano le proteine ​​codificate dai geni Alr rispetto a quelle che si trovano nei vertebrati. Fino a poco tempo, era quasi impossibile prevedere con precisione la struttura 3D delle proteine ​​in base alla sequenza di un gene, ma nel 2021 il rilascio di uno strumento chiamato AlphaFold ha cambiato le cose.

Utilizzando questo strumento, i ricercatori hanno confrontato la struttura delle proteine ​​Alr con le proteine ​​della superfamiglia delle immunoglobuline (IgSF), un gruppo importante che include anticorpi e recettori sui linfociti B e T del sistema immunitario. Le proteine ​​IgSF hanno tre regioni caratteristiche, o domini, incluso il dominio V-set.

"La 'V' sta per variabile", ha detto Nicotra. "Quando una cellula B o T si specializza per combattere un particolare patogeno, i domini V-set vengono riorganizzati per creare una sequenza variabile, che il sistema immunitario usa per riconoscere specifici agenti patogeni o cellule".

Nicotra è stato sorpreso di scoprire che i domini nelle proteine ​​Alr avevano strutture 3D notevolmente simili ai domini V-set, anche se mancavano di caratteristiche rivelatrici che di solito si trovano nelle proteine ​​IgSF.

"Inconfondibilmente, questi sono domini V-set", ha spiegato. "Sono solo molto, molto strani."

Fino ad ora, si pensava che i domini V-set fossero sorti nel ramo del regno animale noto come Bilateria. Questo gruppo ha avuto origine circa 540 milioni di anni fa e comprende la maggior parte degli animali familiari, inclusi mammiferi, insetti, pesci, molluschi e tutti gli altri con i lati destro e sinistro.

La scoperta di domini V-set in Hydractinia, che fa parte di un gruppo apparso in precedenza nell'evoluzione degli animali, suggerisce che i domini V-set sono sorti più indietro nell'albero evolutivo di quanto si pensasse in precedenza.

Diverse proteine ​​​​Alr avevano anche firme associate alla segnalazione immunitaria in altri animali, un altro indizio del fatto che questo complesso proteico è coinvolto nell'autoriconoscimento.

"Sappiamo molto sul sistema immunitario dei mammiferi e di altri vertebrati, ma abbiamo solo scalfito la superficie dell'immunità negli invertebrati", ha detto Nicotra. "Pensiamo che una migliore comprensione della segnalazione immunitaria in organismi come l'idractinia potrebbe in definitiva indicare modi alternativi per manipolare tali vie di segnalazione nei pazienti con organi trapiantati".

Altri autori che hanno contribuito allo studio sono stati Aidan L. Huene, Ph.D., Steven M. Sanders, Ph.D., Zhiwei Ma, BS, Manuel H. Michaca, BS, tutti di Pitt; Anh-Dao Nguyen, Sergey Koren, Ph.D., Adam M. Phillippy, Ph.D., e Andreas D. Baxevanis, Ph.D., tutti del National Human Genome Research Institute (NHGRI); James C. Mullikin, Ph.D., del NHGRI e del National Institutes of Health (NIH); e Christine E. Schnitzler, Ph.D., dell'Università della Florida. + Esplora ulteriormente

Come un minuscolo e strano animale marino produce uova e sperma illimitati nel corso della sua vita