Para parejas para fusionar cuerpos, algunos rapes han perdido genes inmunes

ARRIBA: Una Melanocetus johnsonii hembra de 75 mm de largo con un macho de 23,5 mm de largo adherido a su vientreEDITH A WIDDER

El rape de aguas profundas de Kryers, Ceratias holboelli, no desova, copula ni hace nada que un pez haría normalmente para aparearse. En cambio, el macho, de apenas unos centímetros de largo, se aferra al cuerpo comparativamente gigantesco de la hembra y nunca lo suelta. Lentamente, su cuerpo se transforma en el de ella, sus células se vuelven suyas, incluidos sus testículos, que se utilizan para producir descendencia. Cuando desaparece, dos individuos se convierten en uno, llevando el concepto de monogamia a un nuevo nivel.

El suborden de rape de aguas profundas, compuesto por casi 170 especies conocidas, podría decirse que muestra los hábitos de apareamiento más dramáticos del mundo. Reino animal. En algunas especies, los machos solo se unen temporalmente a las hembras y luego se separan. En otros, como C. holboelli, los machos se fusionan permanentemente con las hembras, o las hembras absorben varios machos, en algunos casos hasta ocho a la vez.

Entre los muchos misterios que rodean a estos encuentros en aguas profundas, solo fueron captados por la cámara para la primera vez en 2018 es inmunológica. En prácticamente todos los demás vertebrados adultos, la introducción de tejido de un individuo en otro provocaría una potente respuesta inmunitaria que atacaría a las células extrañas. ¿Por qué las hembras de rape, inmunológicamente hablando, no rechazan a estos machos parásitos?

Un nuevo análisis genómico de 13 especies de rape publicado hoy (30 de julio) en Science proporciona algunas pistas. Los genomas de las especies que se fusionan temporal o permanentemente con sus parejas han sufrido alteraciones radicales de genes clave que sustentan la inmunidad adaptativa, una rama del sistema inmunitario responsable del rechazo de tejido extraño, lo que convierte a algunos de ellos en los primeros casos conocidos de vertebrados que carecen efectivamente de una inmunidad adaptativa. sistema. En el transcurso de la evolución, los cambios en los genes involucrados en la producción de anticuerpos y las respuestas de las células T citotóxicas pueden haber allanado el camino para los extraños hábitos reproductivos de los animales, mientras que para los científicos plantea interrogantes sobre cómo los peces se defienden contra los patógenos en las profundidades del mar.

Es bastante impactante, comenta la genetista Elizabeth Murchison de la Universidad de Cambridge, que no participó en el estudio. Supongo que no deberíamos tener demasiadas ideas preconcebidas sobre lo que es y no es posible en la naturaleza. La evolución produce todo tipo de resultados extraños, y este es uno de ellos.

El inmunólogo Thomas Boehm y sus colegas del Instituto Max Planck de Inmunología y Epigenética en Alemania querían saber cómo algunas especies de rape pueden formar cuerpos fusiones entre individuos, y se dispuso a hacer un análisis de los genomas de los animales. Las muestras biológicas de las profundidades marinas son difíciles de conseguir, pero con la ayuda del ictiólogo Theodore Pietsch, un experto en rape de aguas profundas de la Universidad de Washington, el equipo pudo obtener muestras de tejido de varias colecciones de especímenes.</p

Boehm y sus colegas secuenciaron el ADN de 31 especímenes, que representan 13 especies de rape de aguas profundas. Eso incluía cuatro especies que se aparean por apego temporal y seis especies que forman fusiones permanentes, tres de ellas de forma uno a uno, y tres que tienen varios machos fusionados con una sola hembra. El equipo también incluyó tres especies de control de otros grupos de rape en los que los machos nunca se adhieren a las hembras.

El equipo examinó un puñado de genes bien caracterizados que se sabe que juegan un papel clave en la respuesta inmunitaria adaptativa. En primer lugar, analizaron los genes que codifican las proteínas de clase I y II del complejo principal de histocompatibilidad (MHC) de los peces, moléculas de la superficie celular que difieren entre los individuos y permiten que las células T distingan las células propias del cuerpo de las extrañas. Son los receptores MHC de clase I los que impulsan a las células T citotóxicas a atacar a las células extrañas en entornos de trasplante de tejido.

Curiosamente, las seis especies que se adhieren de forma permanente mostraron alteraciones significativas e inusuales en sus genes MHC, que fueron incluso más graves en las tres especies en las que múltiples machos se fusionan con cada hembra. Los investigadores también encontraron alteraciones en los genes que codifican los receptores de las células T citotóxicas que interactúan con las proteínas MHC de clase I. En los seis conectores permanentes, por ejemplo, faltaban por completo dos genes que codifican dichos receptores, lo que sugiere que podría ser necesario desmantelar la reactividad citotóxica de las células T para permitir que diferentes individuos de rape se apareen.

Una hembra de 46 mm de largo Photocorynus spiniceps con un macho parásito de 6,2 mm de largo fusionado a su espalda Theodore W. Pietsch, Universidad de Washington 

Porque también se sabe que los anticuerpos dirigidos contra el tejido extraño causan complicaciones en los pacientes durante la trasplantes, el equipo también analizó ciertos genes que sustentan la generación de anticuerpos. Aunque muchos de estos genes parecían estar intactos en la mayoría de las especies de rape, encontraron que aicda, que juega un papel importante en la creación de anticuerpos específicos, estaba efectivamente ausente en las 10 especies que forman temporales o permanentes. adjuntos, mientras que estaba intacto en las tres especies de control. Ciertos genes rag, que también están involucrados en la formación de anticuerpos, habían acumulado mutaciones perjudiciales en especies que se aparean como grupos de machos, mientras que esos genes estaban relativamente intactos en especies que se aparean uno a uno. como C. holboelli.

En general, cuanto más apego extremo entre compañeros, más extremos parecían ser los cambios en los genes de inmunidad adaptativa, señala el equipo. Si bien la unión temporal solo parecía requerir respuestas de anticuerpos reducidas, las fusiones permanentes uno a uno también parecían estar asociadas con la reducción de la función de las células T citotóxicas. En el caso de parejas múltiples, esto se caracterizó por aún más cambios, como la atenuación de las respuestas de anticuerpos y la pérdida de los genes rag.

Para el inmunólogo del University College London y virólogo Ariberto Fassati, que no participó en el estudio, los resultados son asombrosos. Muchos científicos asumen que el sistema inmunológico, una vez establecido, evolucionaría solo en una dirección, hacia volverse más adaptable y más específico, dice Fassati. Pero parece que en realidad se pueden perder brazos del sistema inmunitario adaptativo. . . si las presiones evolutivas están justificadas. Hasta donde él sabe, las especies de rape de aguas profundas son los primeros casos de vertebrados que han perdido una rama tan grande de su inmunidad adaptativa.

En muchos otros vertebrados, la eliminación de partes del sistema inmunológico adaptativo tiene consecuencias catastróficas. Los bebés que nacen con mutaciones en el gen rag, por ejemplo, se enferman gravemente o mueren rápidamente si no reciben tratamiento a través de un trasplante de médula ósea, señala Boehm.

Una razón por la cual el Se cree que el sistema inmunitario adaptativo es tan crucial porque muchos patógenos y parásitos han aprendido a ser más astutos que la defensa inmunitaria innata de primera línea menos específica, dice Fassati. Por ejemplo, muchos virus, incluido el culpable de la actual pandemia de COVID-19, el SARS-CoV-2, pueden frenar la producción del cuerpo de interferones que provocan inflamación, que son parte de la defensa inmunitaria innata, agrega. El hecho de que algunos rapes aparentemente se llevan bien sin un sistema inmunológico adaptativo completamente intacto es bastante notable.

Este descubrimiento plantea la cuestión de cómo se las arreglan para defenderse de los patógenos en las profundidades del mar. Boehm especula que, o bien los peces deben haber desarrollado algún otro sistema inmunitario por completo, o tal vez han encontrado formas de aumentar su maquinaria inmunitaria innata para compensar la falta de una respuesta inmunitaria adaptativa. Tal vez podrían lograr esto expresando continuamente interferones, especula, poniendo sus cuerpos en alerta constante y dificultando que los virus y otros patógenos establezcan infecciones. Para demostrarlo, necesitaría tejido fresco donde pudiera examinar la expresión génica.

Estoy deseando desesperadamente obtener animales de los que pueda extraer ARN y buscar los niveles de expresión de estos. . . genes relacionados con el interferón, dice. Descubrir cómo se las arreglan algunos rapes después de perder la inmunidad adaptativa podría ser útil para encontrar tratamientos para pacientes inmunodeficientes, añade.

Para él, los resultados también plantean el dilema del huevo o la gallina: qué fue primero, ¿las modificaciones de la arquitectura genética que sustentan la inmunidad adaptativa o la estrategia de apareamiento por fusión? Una de las especies que examinó puede ofrecer una pista. Se cree que Gigantactis vanhoeffeni se aparea a través de un vínculo temporal, pero muestra algunas de las mismas alteraciones en los genes inmunitarios que las especies que se unen de forma permanente. Boehm dice que cree que G. vanhoeffeni posiblemente podría estar en camino a un apego permanente evolutivamente. Parece que deben ocurrir algunos cambios en el genoma inmunitario antes de que esta fusión permanente realmente pueda establecerse. Parece que existe una presión evolutiva aún desconocida de algún tipo que [primero] hace que estos genes se extingan o desaparezcan.

Gil Rosenthal, biólogo evolutivo de la Universidad Texas A&M, dice que se pregunta cuáles podrían ser esas presiones evolutivas. El rape de aguas profundas tiene un dimorfismo sexual extremo, señala en un correo electrónico a The Scientist. Las hembras son estos monstruos con colmillos que portan luz de pesadilla, y los machos son pequeñas cosas con un testículo enorme y una nariz enorme. Las hembras probablemente son escasas en las profundidades del mar, por lo que es probable que los machos pasen mucho tiempo buscándolas, explica. Cuando un macho finalmente encuentra una hembra, le conviene quedarse cerca. Si sucede que la hembra tiene intereses en conflicto, como comerse al macho, podría preparar al pez para un conflicto sexual. Esa situación de alguna manera podría conducir a un tira y afloja genómico sobre el sistema inmunológico, especula Rosenthal. No me sorprendería si algunos de los restos del genoma inmunitario provienen de un conflicto sexual.

No sería el primer ejemplo de una compensación entre el comportamiento sexual y la función del sistema inmunitario, agrega, señalando que en vertebrados, la testosterona puede deprimir la función del sistema inmunológico y mejorar las manifestaciones sexuales masculinas. Sin embargo, ¡que gran parte de ella esté cerrada o remodelada en [el rape de aguas profundas] es simplemente salvaje!

Para Rosenthal y Murchison, los resultados subrayan cómo la revolución de la genómica ha permitido a los investigadores aventurarse más allá de lo bueno. comprendieron organismos modelo en laboratorios y exploraron las diferentes adaptaciones de la vida en la Tierra. Hay mucho que aprender no solo sobre la inmunidad, sino sobre toda la biología, al explorar linajes evolutivamente divergentes, dice Murchison. Y nunca sabes realmente lo que vas a encontrar porque la naturaleza es muy amplia y diversa y hay mucha adaptación a nichos muy especializados.

JB Swann, et al. La inmunogenética del parasitismo sexual, Science, doi:10.1126/science.aaz9445, 2020.