古老的细胞凋亡

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圣地亚哥州立大学一位海洋生物学家Steven Quistad说:“教条告诉我们,如果有些东西不是在苍蝇或蠕虫里,甚至有些东西像珊瑚一样古老,那应该更简单。”他是这项研究的首席作者,“事实上,珊瑚反而比我们之前认为的更接近人类。”

西佛吉尼亚州美国农业研究服务部冷水水产养殖国家中心的一位研究免疫学家Greg Wiens给The Scientist杂志写邮件说到:“珊瑚基因组中具有大量令人惊奇的编码TNF配体和TNF受体的基因,改变了我们对这些基因家族起源和分化的认识和理解。”“这些发现强调了了解基础种类的基因组工程对理解免疫进化的重要性。”

悉尼科技大学一位未参与这项研究的珊瑚研究学家Mathieu Pernice解释说,细胞凋亡帮助人类和珊瑚在发展过程中成形。人类和珊瑚也会利用细胞凋亡对病毒和细菌威胁产生应答,杀死感染的细胞。Pernice和其他人之前已经表明珊瑚的热应激会导致细胞凋亡和白化,但是到目前为止还没有人研究诱导细胞死亡的上游配体和受体。

与此同时,探究TNF诱导细胞凋亡的研究人员已经在果蝇中寻找了TNF受体和配体,仅发现每种中只有一个成员,而人类则有18个TNF受体和29个配体。这导致了这样的一种结论:TNF诱导的细胞凋亡也许可以追溯到节肢动物的单个基因,并且在脊椎动物谱系中已经分化。

2011年公布了鹿角珊瑚Acropora digitifera的基因组序列,这让Quistad及其同事推测TNF受体和配体更古老。鹿角珊瑚就有40个TNF受体和13个配体。

为了测试TNF蛋白家族的功能是怎样保留下来的,研究人员将珊瑚Acropora yongeii 暴露于人类诱导细胞凋亡配体的TNF-α环境中,发现TNF-α诱导珊瑚细胞凋亡的现象显著增加。

而且,将A. yongeii 暴露在人TNF-α环境中会导致珊瑚白化。当珊瑚处在压力条件下如高温环境时会发生白化现象。在白化过程中,珊瑚为了生存会驱逐光合藻类。用人类TNF-α处理的珊瑚在7小时后比没有处理的珊瑚驱逐的藻类多出200%。

而且相比于细胞死亡受体敲除的细胞,珊瑚TNF配体能诱导表达TNF受体的人类免疫细胞产生更高比例的凋亡。

这些发现表明早在5.5亿年前珊瑚的TNF配体和受体是很丰富的,而随后节肢动物世系逐渐丢失了许多TNF相关基因。

Quistad推测,大约五亿年前寒武纪爆发期间,TNF诱导细胞凋亡的进化机制在动物体型快速分化过程中起到重要作用。他注意到珊瑚的TNF基因出现于那个时期,然而从人类世系分化更早的动物,比如海绵,似乎没有TNF诱导细胞凋亡基因。

研究人员建议科学家现在必须系统地测试珊瑚TNF家族中细胞死亡配体和受体各种组合的作用。这将会帮助他们知道哪一个分子与珊瑚白化有关,哪个与其他细胞凋亡相关活动有关。

Pernice也认为了解TNF 诱导细胞凋亡通路将会十分重要。他说:“它可能不是导致白化的唯一机制,但是确实是主要的一个。”

Quistad 建议说珊瑚细胞凋亡配体能够提供一个多种细胞死亡诱导物的新文库,其可能激发癌症药物的研制。一般而言,他说:“通过研究珊瑚我们可以学习到更多关于我们自己免疫系统的知识,以及我们来自哪里。” Pernice 说:“我们有工具和技能来探究珊瑚就像在研究人类一样,这种情况给我们带来了激动人心的关于细胞凋亡的信息,但是仍有很多其他的东西需要我们继续探索。”

S.D. Quistad et al., “Evolution of TNF-induced apoptosis reveals 550 My of functional conservation,” PNAS, doi:10.1073/pnas.1405912111, 2014.
原文摘自http://www.the-scientist.com/?articles.view/articleNo/40163/title/Ancient-Apoptosis/ 联科生物 译