Les chercheurs ont découvert que la chaîne J, un élément clé du système immunitaire qui stabilise certains anticorps, provenait à l’origine de la famille des gènes des chimiokines CXCL. Cette découverte met en lumière l’adaptation évolutive du système immunitaire et a des implications potentielles pour le développement de thérapies immunitaires personnalisées. Crédit : Issues.fr.com
Le système immunitaire humain semble avoir récupéré au cours de l’évolution une molécule issue d’un autre processus biologique.
Les chercheurs ont découvert qu’une protéine appelée chaîne J, qui aide le système immunitaire à fonctionner correctement, provenait à l’origine d’une autre famille de gènes appelées chimiokines CXCL. Publiées dans les Actes de la National Academy of Sciences, leurs découvertes nous aident à mieux comprendre le fonctionnement du système immunitaire et pourraient conduire à de nouvelles façons de traiter les maladies.
Evolution et adaptation des protéines immunitaires
De plusieurs manières, les systèmes biologiques peuvent se comporter comme des frères et sœurs, notamment en empruntant quelque chose et en ne le rendant jamais. Cela semble être ce que le système immunitaire humain a fait avec une protéine qui aide désormais à lier et à réguler les sous-unités qui composent les anticorps, selon une collaboration de recherche multi-instituts. Ils ont découvert qu’avant que le système immunitaire ne la coopte au cours de l’évolution, la protéine appartenait à l’origine à la famille de gènes chargée d’orienter les cellules vers le bon endroit au bon moment pour répondre à des besoins fonctionnels spécifiques.
Les chercheurs, dont Kazuhiko Kawasaki, professeur agrégé de recherche en anthropologie à Penn State, ont publié leurs conclusions dans le Actes de l'Académie nationale des sciences. Selon l'équipe, bien que ces travaux informent principalement sur une compréhension fondamentale d'une caractéristique du système immunitaire et des gènes associés, ils peuvent également aider à ouvrir la voie à la conception de futures thérapies, telles que des réponses immunitaires personnalisées.
À la découverte des origines de la chaîne J
« Tout vient de quelque part, et nous pensons avoir trouvé l'origine de la chaîne de jonction de l'immunoglobine (chaîne J), une molécule immunitaire importante », a déclaré l'auteur correspondant Martin F. Flajnik, département de microbiologie et d'immunologie de l'Université du Maryland, qui a dirigé l'étude. . Flajnik a également obtenu son diplôme de premier cycle en biologie à Penn State en 1978 avant de terminer ses études supérieures à l'Université de Rochester.
La chaîne J assemble et stabilise deux types d’anticorps, appelés immunoglobine M (IgM) et immunoglobine A (IgA). Il régule spécifiquement les structures des molécules IgM et IgA, qui comportent plusieurs sous-unités, et est nécessaire à leur mouvement à travers les tissus producteurs de mucus tapissant les structures corporelles exposées à une exposition externe, comme l'intestin, la cavité nasale et les poumons. Les chercheurs ont découvert que la chaîne J provenait des chimiokines CXCL, une famille spécifique de protéines qui régulent la capacité des globules blancs à se déplacer dans tout le corps.
Évolution des gènes et mystère de la chaîne J
« Comme l'immunoglobine elle-même et l'immunité adaptative de type humain, la chaîne J a émergé vertébrés, mais son origine est restée mystérieuse depuis sa découverte il y a plus de 50 ans », a déclaré Flajnik. « Cette découverte n’était jamais anticipée. La locomotion pilotée par les chimiokines est une fonction vitale du système immunitaire, mais une fonction totalement différente de celle de la chaîne J ! »
Au cours de l'évolution, de nouveaux gènes sont souvent générés à partir de gènes qui résident physiquement proches les uns des autres sur le chromosome, et ces gènes restent généralement regroupés même s'ils évoluent avec des fonctions différentes mais similaires, mais Kawasaki a déclaré que l'emplacement n'est pas le seul facteur décisif pour déterminer l'origine.
Enquête sur les similarités génétiques et les orientations futures de la recherche
« La relation évolutive des gènes peut généralement être détectée lorsque deux gènes conservent des séquences nucléotidiques ou des acides aminés codés similaires. acide séquences », a déclaré Kawasaki, faisant référence aux matériaux constituant le code génétique d'un organisme. « Mais des études antérieures n'ont pu détecter aucun gène présentant des similitudes de séquence avec le gène de la chaîne J, probablement parce que la séquence du gène de la chaîne J a été rapidement modifiée à son origine. »
Flajnik a déclaré qu'il avait l'intuition que la chaîne J était liée à un groupe de gènes sécrétoires de phosphoprotéine liant le calcium (SCPP) en raison de leurs charges et niveaux similaires de proline, un acide aminé. Il savait que Kawasaki était un expert des gènes SCPP, alors il lui a envoyé un e-mail pour évaluer l'idée.
« Il m'a dit que, pour diverses bonnes raisons, les SCPP et la chaîne J n'étaient pas liées », a déclaré Flajnik. « C'était triste, car c'était mon hypothèse préférée. »
La chaîne de jonction partage trois caractéristiques avec les gènes de chimiokine CXCL, notamment le même nombre d'exons, qui codent pour la protéine, et des phases d'introns, qui agissent comme des interrupteurs pour arrêter ou démarrer l'épissage des molécules d'ARN transcrites à partir du gène. Le deuxième exon code pour les deux gènes la même séquence, connue sous le nom de tripeptide classique Cystéine-X-Cystéine. Les longueurs de trois des exons sont également similaires. Crédit : Martin F. Flajnik et Kazuhiko Kawasaki
Cependant, Kawasaki avait remarqué que les gènes situés du côté opposé de la chaîne J, loin des gènes SCPP, semblaient être liés à la chaîne J. C’étaient les gènes de chimiokine CXCL.
« J'ai immédiatement vérifié ces gènes de chimiokine CXCL et découvert que, bien que ces gènes ne présentent pas de similitudes de séquence avec les gènes de la chaîne J, ces gènes et le gène de la chaîne J se ressemblent avec diverses caractéristiques », a déclaré Kawasaki.
Ces caractéristiques incluent le même nombre d'exons, qui codent pour la protéine, et de phases d'introns, qui agissent comme des interrupteurs pour arrêter ou démarrer l'épissage de la protéine. ARN molécules transcrites à partir du gène. Le deuxième exon code pour les deux gènes la même séquence, connue sous le nom de tripeptide classique Cystéine-X-Cystéine. Les longueurs de trois des exons sont également similaires.
« Aucun autre gène codant pour le sécrétome humain, qui englobe toutes les protéines pouvant être sécrétées par les cellules d'un organisme, ne partage ces trois caractéristiques », a déclaré Kawasaki.
Les liaisons entre les molécules de cystéine codées par le deuxième exon de chaque gène sont cependant complètement différentes les unes des autres, ont indiqué les chercheurs.
« Cela signifie qu'une chimiokine peut modifier sa structure dans une large mesure et assumer une nouvelle fonction », a déclaré Flajnik.
Ensuite, les chercheurs ont déclaré qu'ils prévoyaient de rechercher si les chimiokines avaient assumé d'autres fonctions, en particulier dans le système immunitaire. Ils souhaitent également étudier si la structure des chimiokines est souple, ce qui pourrait indiquer leur capacité à adopter une structure secondaire entièrement nouvelle, s'adaptant en réponse à différents besoins biologiques, selon les besoins.
« Je travaille dans le domaine scientifique depuis longtemps, depuis 44 ans, mais cette expérience a été l'une des plus incroyablement satisfaisantes et des plus chanceuses », a déclaré Flajnik. « Je doute que cette similitude aurait été découverte depuis longtemps sans l'interaction fortuite entre Kazuhiko et moi. »
Parmi les autres co-auteurs figurent Yuko Ohta, professeur adjoint de microbiologie et d'immunologie à l'Université du Maryland, et Caitlin D. Castro, chercheuse au Département de biochimie et de biologie moléculaire de l'Université du Maryland. Université de Chicago.
Le Instituts nationaux de la santé soutenu cette recherche.
