Dscam

Az emberi immunrendszer működését már mindenki ismeri, úgyhogy szeretnék mutatni az emlősökétől eltérő logikájú rendszereket is. Vegyük elsőként az ecetmuslicát. Nyilván neki is előnyös lenne, ha olyan változékony receptorfehérjéket tudna kifejezni a hemocitáin, mint az emberi immunglobulinok, ám ennek jó pár akadálya van: Egyrészt az élete túl rövid ehhez. Tizenegy nap amíg a petéből kifejlett rovar válik, innentől laborkörülmények között akár hat hétig is elélhet, a természetben ennél sokkal rövidebb idő alatt feldobja a talpát, így nyilván nem lenne ideje heteket várni, amíg kombinatorikai alapon átrendeződnek az immunglobulin génjei. Ez mondjuk előny is, hiszen így semmi szüksége immunológiai memóriára, hiszen hiába jön egy járvány mondjuk évente, azt már a szépunokája sem éli meg. Ugyanígy számításba kell venni a méretét is, hiszen egy ecetmuslica lárvának egy-két ezer hemocitája van csak, ez egyszerűen nem elég egy kombinatorikai alapon működő rendszer fenntartásához, hiszen az emlős immunrendszer működése során a véletlenszerűen előálló receptorfehérjék túlnyomó többsége működésképtelen, az ezeket hordozó sejtek elpusztulnak, az ecetmuslicába összesen nem fér ennyi hemocita. Hogyan tehet szert mégis megfelelő változékonyságú receptorokra egy ecetmuslica, ha csak a genomjában kódolt fehérjékre hagyatkozhat?

Az emberi immunrendszer működését már mindenki ismeri, úgyhogy szeretnék mutatni az emlősökétől eltérő logikájú rendszereket is. Vegyük elsőként az ecetmuslicát. Nyilván neki is előnyös lenne, ha olyan változékony receptorfehérjéket tudna kifejezni a hemocitáin, mint az emberi immunglobulinok, ám ennek jó pár akadálya van: Egyrészt az élete túl rövid ehhez. Tizenegy nap amíg a petéből kifejlett rovar válik, innentől laborkörülmények között akár hat hétig is elélhet, a természetben ennél sokkal rövidebb idő alatt feldobja a talpát, így nyilván nem lenne ideje heteket várni, amíg kombinatorikai alapon átrendeződnek az immunglobulin génjei. Ez mondjuk előny is, hiszen így semmi szüksége immunológiai memóriára, hiszen hiába jön egy járvány mondjuk évente, azt már a szépunokája sem éli meg. Ugyanígy számításba kell venni a méretét is, hiszen egy ecetmuslica lárvának egy-két ezer hemocitája van csak, ez egyszerűen nem elég egy kombinatorikai alapon működő rendszer fenntartásához, hiszen az emlős immunrendszer működése során a véletlenszerűen előálló receptorfehérjék túlnyomó többsége működésképtelen, az ezeket hordozó sejtek elpusztulnak, az ecetmuslicába összesen nem fér ennyi hemocita. Hogyan tehet szert mégis megfelelő változékonyságú receptorokra egy ecetmuslica, ha csak a genomjában kódolt fehérjékre hagyatkozhat?

Nemrég fedezték fel a dscam nevű gént és az általa kódolt Dscam fehérjét. Maga a gén szerkezete némileg szokatlan, ugyanis az alternatív splicing rendkívüli esetével van dolgunk. A gén több mint száz exonból áll, ezek közül azonban egyszerre csak huszonnégy kerül az érett mRNS molekulába. Mégpedig húsz minden egyes molekulában azonos. A négyes exon azonban különböző lehet akár minden egyes molekulában, hiszen a gén maga tizenkét különböző négyes exont kódol, amelyek közül azonban csak egyetlen egy kerül az érett mRNS -be. Ugyanígy a hatos exon negyvennyolcféle lehet, a kilences harmincháromféle, a tizenhetes pedig kétféle. Úgy tűnik, bármelyik négyes exon bármelyik hatos és bármelyik kilences mellé kerülhet, így rövid fejszámolással rájöhetünk, hogy elméletileg erről az egyetlen génről harmincnyolcezerféle fehérje képződhet. Az ecetmuslicában azonban nem minden alternatív exon fejeződik ki hemocitákban és/vagy a zsírtestben, így az immunológiailag jelentős splice-változatok száma „csak” tizennyolcezer, ami így is döbbenetesen nagy változékonyságot jelent. Mindemellett a hemolimfában még kimutatható egy olyan izoformája is a Dscam fehérjének, amely nem tartalmazza a transzmembrán domént, így a hemolimfában oldott állapotban kering.

Mivel a dscam null mutánsok embrióként elpusztulnak, egy hipomorf (Dscam³⁹) és egy amorf (Dscam²⁰) allél kombinációjának hemocitáit tudták csak megvizsgálni, amelyek nem meglepő módon rosszabbul fagocitáltak E. coli baktériumokat. Ugyanígy ha RNS inhibícióval csökkentették a dscam RNS mennyiségét a hemocitákban, csökkent azok baktérium fagocitáló képessége. Sőt, ha ellenanyagokkal gátolták a Dscam fehérje működését, akkor is csökkent a sejtek fagocitáló képessége. (az alábbi ábrán a bal oldaliak a vad hemocitái , a jobb oldaliak a mutáns hemocitái)

Ezek után áramlási citometriával megmérték, hogy a Dscam fehérjék képesek -e kötődni baktériumsejtekhez. Két Dscam izoformát fejeztettek ki, amelyeket Fc taggel láttak el, így indirekt módon fluoreszcensen meg tudtak jelölni. (Ez látható a második ábrán, a vízszintes tengely az egyes baktériumsejtek fluoreszcenciaintenzitása, a függőleges tengely az egyes értékeket mutató részecskék száma. A szürke görbe a fluoreszcensen nem jelölt negatív kontroll.) Mint látható az 1.30.30 Dscam izoforma nem kötődik a baktériumsejtekhez, míg a 7.27.25 és a 7.27.13 izoformák igen, vagyis egyes Dscam fehérjék bizony közvetlenül képesek komplexet képezni valamilyen, az E. coli baktérium felületén megtalálható liganddal.

Minden jel szerint a Dscam fehérje nem csak az ecetmuslicára jellemző, nagyon hasonló fehérjéket találtak selyemlepkében, lisztbogárban, maláriaszúnyogban és mézelő méhben is, amelyek mind ugyanezt a szerkezetet mutatják, megtalálhatóak bennük a konstans exonok és a változékony exonok.

A dscam gén lehetővé teszi, hogy felfoghatatlanul sok különböző receptort kódoljon az ecetmuslica genom, nyilván egyetlen baktériumnak sincs esélye sem alkalmazkodni ilyen nagy számú különböző receptorfehérjéhez. Vélhetőleg a rendszer úgy működik, hogy minden egyes hemocita több különböző izoformát is kifejez egyszerre, sőt, a hemolimfa is nagy mennyiségű oldott Dscam fehérjét tartalmaz, így ha egy baktérium támadja meg a szervezetet, mindig lesz olyan izoforma, amely valamilyen erősséggel kötődni fog hozzá.

Watson FL, Püttmann-Holgado R, Thomas F, Lamar DL, Hughes M, Kondo M, Rebel VI, Schmucker D (2005): Extensive diversity of Ig-superfamily proteins in the immune system of insects. Science 309, 1874

Sexcomb