Исследователи определили набор генетических мутаций, которые защищают нас от снижения когнитивных функций у пожилых людей. Новое исследование показало, что селективное давление со стороны инфекционных патогенов, таких как гонорея, могло способствовать возникновению этой генетической изменчивости у Homo sapiens.
Исследователи из Медицинской школы Калифорнийского университета в Сан-Диего ранее обнаружили набор мутаций генов человека, которые защищают пожилых людей от снижения когнитивных функций и деменции.
В новом исследовании, опубликованном 9 июля 2022 года в журнале «Молекулярная биология и эволюция», они изучали эти мутировавшие гены и попытались проследить его эволюцию — когда и почему он появился в геноме человека.
Полученные данные свидетельствуют о том, что избирательное давление со стороны инфекционных патогенов, таких как гонорея, могло способствовать появлению этого варианта гена у Homo sapiens и непреднамеренно поддержало существование бабушек и дедушек в человеческом обществе.
Биология большинства видов животных оптимизирована для воспроизводства, часто за счет будущего здоровья и увеличения продолжительности жизни. На самом деле, люди являются одним из немногих известных видов, которые живут далеко за пределами менопаузы.
Согласно «бабушкиной гипотезе», это связано с тем, что пожилые женщины оказывают важную поддержку в воспитании человеческих младенцев и детей, которые требуют большей заботы, чем детеныши других видов. Сейчас ученые пытаются понять, какие особенности биологии человека делают возможным эту долговременную жизнь.
Когда исследователи ранее сравнивали геномы человека и шимпанзе, они обнаружили, что у людей есть уникальная версия гена CD33, рецептора, экспрессируемого в иммунных клетках. Стандартный рецептор CD33 связывается с типом сахара, называемым сиаловой кислотой, которым покрыты все клетки человека. Когда иммунная клетка чувствует сиаловую кислоту через CD33, она распознает другую клетку как часть тела и не атакует ее, предотвращая аутоиммунный ответ.
Рецептор CD33 также экспрессируется в иммунных клетках головного мозга, называемых микроглией, где он помогает контролировать нейровоспаление. Однако микроглия также играет важную роль в удалении поврежденных клеток головного мозга и амилоидных бляшек, связанных с болезнью Альцгеймера. Связываясь с сиаловыми кислотами на этих клетках и бляшках, обычные рецепторы CD33 фактически подавляют эту важную функцию микроглии и повышают риск развития деменции.
Вот тут-то и появляется новый вариант гена. Где-то на пути эволюции люди подхватили дополнительную мутантную форму CD33, в которой отсутствует сторона связывания сахара. Мутировавший рецептор больше не реагирует на сиаловые кислоты на поврежденных клетках и бляшках, позволяя микроглии разрушать их. Действительно, независимо другими учёными было обнаружено, что более высокие уровни этого варианта CD33 защищают от болезни Альцгеймера с поздним началом течения.
Пытаясь понять, когда этот вариант гена впервые появился, соавтор Аджит Варки, доктор медицинских наук, заслуженный профессор медицины и клеточной и молекулярной медицины в Медицинской школе Калифорнийского университета в Сан-Диего, и его коллеги обнаружили доказательства сильного положительного отбора, предполагая, что что-то было движущей силой. Ген эволюционировал быстрее, чем ожидалось.
Они также обнаружили, что эта конкретная версия CD33 не присутствовала в геномах неандертальцев или денисовцев, наших ближайших эволюционных родственников.
«Большинство генов, отличающихся у людей и шимпанзе, у неандертальцев обычно имеют ту же версию, что и у людей, так что это было для нас действительно удивительно», — сказал Варки. «Эти результаты показывают, что мудрость и забота здоровых бабушек и дедушек могли быть важным эволюционным преимуществом, которое мы имели перед другими древними видами гоминидов».
Варки руководил исследованием вместе с Паскалем Ганье, доктором философии, профессором патологии Медицинской школы Калифорнийского университета в Сан-Диего и профессором кафедры антропологии. Авторы говорят, что исследование предоставляет новые доказательства, подтверждающие гипотезу бабушки.
Тем не менее, эволюционная теория утверждает, что основной движущей силой генетического отбора является репродуктивный успех, а не пострепродуктивное когнитивное здоровье. Так что же способствовало распространению этой мутировавшей формы CD33 у людей? Это предстоит доказать.
Исследователи предполагают, что мутированная версия CD33 без сайта связывания сахара возникла как человеческая адаптация против такой «молекулярной мимикрии» гонореи и других патогенов. Действительно, они подтвердили, что одна из специфичных для человека мутаций способна полностью отменить взаимодействие между бактериями и CD33, что позволит иммунным клеткам снова атаковать бактерии.
В целом, авторы полагают, что люди изначально унаследовали мутированную форму CD33 для защиты от гонореи в репродуктивном возрасте, и этот вариант гена позже был ассимилирован мозгом из-за его преимуществ против деменции.
«Возможно, что CD33 является одним из многих генов, выбранных из-за их преимуществ в выживании против инфекционных патогенов в раннем возрасте, но затем отобранных во вторую очередь из-за их защитных эффектов против деменции и других заболеваний, связанных со старением», — сказал Ганье.
Среди соавторов: Судешна Саха, Наазнин Хан, Андреа Верхаген, Анируддха Сасмал и Сандра Диас из Калифорнийского университета в Сан-Диего, Трой Коми и Джошуа М. Эйки из Принстонского университета, Хай Ю и Си Чен из Калифорнийского университета в Дэвисе и Мартин Франк из Biognos AB. .
Оригинальное исследование: открытый доступ.
« Эволюция специфических для человека генов, защищающих когнитивную функцию бабушек », Аджит Варки и др. Молекулярная биология и эволюция
https://academic.oup.com/mbe/advance-article/doi/10.1093/molbev/msac151/6637508
