Иммунная система помогает животным отличать больных сородичей от здоровых по запаху
|
Мыши и другие млекопитающие умеют по запаху отличать здоровых сородичей от пораженных различными инфекциями, однако молекулярные основы этой способности до сих пор не были известны. Как выяснилось, ее обеспечивают особые рецепторы, реагирующие на вещества, выделяемые бактериями, а также иммунной системой животных в ходе воспалительной реакции. До сих пор эти рецепторы считались компонентами иммунной системы, однако оказалось, что они работают также и в органах обоняния. Это не первый известный случай участия «иммунологических» рецепторов в системах химической коммуникации организмов. Схожие механизмы используются животными для персональной идентификации, определения степени родства и генетической совместимости с потенциальными брачными партнерами.
Разнообразные системы химического (запахового, или хеморецепторного) «общения» между организмами широко распространены в живой природе. Они есть даже у бактерий (см.: «Чувство кворума»: принятие коллективных решений в макро- и микромире, «Элементы», 02.04.2009), а наибольшей сложности достигли у млекопитающих с их великолепно развитым обонянием (о том, как и почему млекопитающие приобрели свой уникальный нюх, см. в заметке: Обоняние и цветное зрение в эволюции млекопитающих развивались в противофазе, «Элементы», 18.06.2008).
Обонятельная система млекопитающих делится на «основную» и «дополнительную» части. Первая реагирует на широкий круг «обычных» запахов, которые, собственно, и воспринимаются нами на сознательном уровне как запахи. Вторая часть представлена так называемым вомероназальным органом (см. также: М. Пайнс. «Секретный орган чувств в носу человека»), работа которого нами обычно не осознается. Вомероназальный орган реагирует на специфические молекулы, используемые животными для химической коммуникации. Это, прежде всего, различные летучие феромоны, а также нелетучие вещества, в том числе короткие белковые молекулы (пептиды главного комплекса гистосовместимости, ГКГ; подробнее см. в заметке: Видообразование — личное дело каждого, «Элементы», 15.02.2006).
Пептиды ГКГ являются компонентами иммунной системы и в совокупности составляют уникальный химический «паспорт» особи. Анализируя информацию, содержащуюся в наборе пептидов ГКГ в выделениях животного (например, в моче), другое животное может определить степень своего родства с ним, генетическую совместимость (если речь идет о потенциальном брачном партнере) и, конечно, осуществить персональную идентификацию, то есть опознать сородича. Для распознавания пептидов ГКГ вомероназальные чувствительные нейроны используют специальные вомероназальные рецепторы (V2R), действующие совместно с особым классом рецепторов «иммунологической» природы (белками ГКГ класса Ib).
Полный спектр возможностей вомероназального органа на сегодняшний день неизвестен. В вомероназальном эпителии обнаружено несколько классов рецепторов, функции которых более или менее ясны, но там вполне могут быть и другие рецепторы, которые ученым еще только предстоит найти. Например, недавно было обнаружено, что некоторые нейроны вомероназального эпителия реагируют на сульфатированные стероиды — вещества, концентрация которых в выделениях животных зависит от уровня стресса (Nodari et al., 2008. Sulfated Steroids as Natural Ligands of Mouse Pheromone-Sensing Neurons). Это значит, что при помощи вомероназального органа животные могут определять степень стрессированности сородичей (см.: Психологи доказали, что люди чуют страх, «Элементы», 05.02.2009).
Германские и швейцарские биологи, занимающиеся целенаправленным поиском новых вомероназальных рецепторов у мышей, сообщили еще об одном важном открытии. Они обнаружили, что в вомероназальном эпителии экспрессируются (работают) гены рецепторов FPR (formyl peptide receptors). Это небольшое семейство рецепторов, которые есть у всех млекопитающих. Например, в геноме мыши есть семь генов FPR-рецепторов, в человеческом геноме — три. FPR-рецепторы реагируют на довольно широкий спектр веществ, выделяемых различными патогенными бактериями, а также клетками иммунной системы в ходе борьбы с инфекцией. Ранее было установлено, что у мышей, на которых проводится подавляющее большинство исследований по генетике и физиологии млекопитающих, гены двух из семи FPR-рецепторов участвуют в работе иммунной системы. Что делают остальные пять генов, до сих пор никто не знал. И вот оказалось, что все пять работают исключительно в нейронах вомероназального эпителия. Ни в каких других органах и тканях организма активность этих генов зарегистрировать не удалось.
Авторы установили, что эти пять генов (их условные обозначения: Fpr-rs1, Fpr-rs3, Fpr-rs4,Fpr-rs6, Fpr-rs7) экспрессируются соответственно в 0,7%, 0,8%, 0,6%, 1,2% и 0,8% вомероназальных нейронов; в общей сложности 4,1% нейронов вомероназального эпителия производят FPR-рецепторы. Обонятельные нейроны обычно придерживаются принципа «один нейрон — один тип рецепторов». Это вполне естественно: если бы каждый нейрон производил более одного рецептора, мозгу было бы очень трудно разобраться в сигналах, поступающих от этих нейронов. Кстати, тот же принцип соблюдается и в иммунной системе: каждый B-лимфоцит производит только один тип антител, каждый T-лимфоцит — только один тип рецепторов. Это обеспечивает возможность избирательного размножения лимфоцитов с нужными организму рецепторами. Авторы проверили, соблюдается ли данный принцип для вомероназальных нейронов, производящих FPR-рецепторы, и получили положительный ответ. Каждый нейрон, производящий один из пяти FPR-рецепторов, никаких других рецепторов не производит.
Авторы установили, что вомероназальные FPR-рецепторы реагируют на те же вещества, что и изученные ранее FPR-рецепторы, несущие свою службу в иммунной системе, то есть на некоторые пептиды, выделяемые бактериями и клетками иммунной системы в ходе воспалительной реакции. Специфичность у FPR-рецепторов довольно широкая: каждый из них реагирует не на один, а на несколько разных пептидов, однако для каждого рецептора характерен свой «спектр чувствительности» к разным пептидам.
В ходе дополнительных экспериментов авторы обнаружили FPR-рецепторы в вомероназальном эпителии у других грызунов: крыс и песчанок. Таким образом, грызуны (а может быть, и другие звери) имеют в носу специальные рецепторы «иммунологической» природы, реагирующие на «запах болезни». Способность мышей отличать по запаху больных сородичей от здоровых известна давно (см., например: М. П. Мошкин, Л. А. Герлинская, Р. Нагатоми. «Запах, который не лжет», PDF, 1,8 Мб), но молекулярный механизм этого явления стал понятен только сейчас.
Еще один важный теоретический вывод состоит в том, что заимствование рецепторных белков из иммунной системы в обонятельную, по-видимому, происходило в ходе эволюции неоднократно. До сих пор у млекопитающих был известен лишь один бесспорный пример такого заимствования (упоминавшиеся выше белки ГКГ класса Ib); теперь мы имеем уже два примера. Этого следовало ожидать, поскольку многие компоненты иммунной системы представляют собой отличный исходный материал для формирования новых средств «химического общения» между особями (см. ссылки внизу).
Источник: Stephane Riviere, Ludivine Challet, Daniela Fluegge, Marc Spehr, Ivan Rodriguez. Formyl peptide receptor-like proteins are a novel family of vomeronasal chemosensors // Nature. Advance online publication 22 April 2009.
