Cómo un diminuto invertebrado marino distingue sus propias células de las de los competidores tiene sorprendentes similitudes con el sistema inmunitario humano, según un nuevo estudio dirigido por investigadores de la Facultad de Medicina de la Universidad de Pittsburgh.

Los hallazgos, publicados ahora en Proceedings of the National Academy of Sciences , sugieren que los componentes básicos de nuestro sistema inmunitario evolucionaron mucho antes de lo que se pensaba y podrían ayudar a mejorar la comprensión del rechazo de trasplantes, guiando algún día el desarrollo de nuevas inmunoterapias.

"Durante décadas, los investigadores se han preguntado si el autorreconocimiento en una criatura marina llamada Hydractinia symbiolongicarpus era similar a los procesos que controlan si un trozo de piel se puede injertar con éxito de una persona a otra", dijo el autor principal Matthew Nictora, Ph.D. ., profesor asistente de cirugía e inmunología en el Instituto de Trasplantes Thomas E. Starzl. "Nuestro estudio muestra por primera vez que un grupo especial de proteínas llamado superfamilia de las inmunoglobulinas, que son importantes para la inmunidad adaptativa en los mamíferos y otros vertebrados, se encuentra en un animal con un parentesco tan lejano".

Hydractinia symbiolongicarpus pertenece al mismo grupo que las medusas, los corales y las anémonas de mar. Con cuerpos en forma de tubo adornados con tentáculos para atrapar presas, los animales se parecen un poco a versiones diminutas de locos hombres inflables que bailan afuera de un concesionario de automóviles. Crecen como colonias incrustadas en las conchas de los cangrejos ermitaños como líquenes sobre una roca.

"A medida que las colonias crecen y compiten por el espacio en los caparazones de los cangrejos, a menudo chocan entre sí", explicó Nicotra, quien también es director asociado del Centro de Biología Evolutiva y Medicina de la Facultad de Medicina de Pitt. "Si dos colonias se reconocen como propias, se fusionan. Pero si se identifican como no propias, las colonias luchan liberando estructuras similares a arpones de células especiales".

Nicotra y sus colegas identificaron previamente dos genes llamados Alr1 y Alr2 involucrados en el sistema de fusión o lucha de Hydractinia, pero predijeron que había más en la historia.

“Si imaginas que el genoma del animal está extendido frente a nosotros, teníamos una linterna en estos dos pequeños puntos, pero no sabíamos qué más había allí”, dijo Nicotra. "Ahora hemos podido secuenciar todo el genoma e iluminar toda la región alrededor de estos genes. Resulta que Alr1 y Alr2 son parte de una gran familia de genes".

En el nuevo estudio, los investigadores identificaron y secuenciaron 41 genes Alr, que forman un complejo que probablemente controla el autorreconocimiento frente al no autorreconocimiento en Hydractinia.

A continuación, el equipo quería ver cómo las proteínas que codifican los genes Alr se comparan con las que se encuentran en los vertebrados. Hasta hace poco, era casi imposible predecir con precisión la estructura 3D de las proteínas en función de la secuencia de un gen, pero en 2021, el lanzamiento de una herramienta llamada AlphaFold cambió eso.

Usando esta herramienta, los investigadores compararon la estructura de las proteínas Alr con las proteínas de la superfamilia de las inmunoglobulinas (IgSF), un grupo importante que incluye anticuerpos y receptores en las células B y T del sistema inmunitario. Las proteínas IgSF tienen tres regiones o dominios característicos, incluido el dominio V-set.

"La 'V' significa variable", dijo Nicotra. "Cuando una célula B o T se especializa para combatir un patógeno en particular, los dominios del conjunto V se reorganizan para formar una secuencia variable, que el sistema inmunitario usa para reconocer patógenos o células específicos".

Nicotra se sorprendió al descubrir que los dominios en las proteínas Alr tenían estructuras 3D notablemente similares a los dominios V-set, a pesar de que carecían de características reveladoras que generalmente se encuentran en las proteínas IgSF.

"Sin lugar a dudas, estos son dominios V-set", explicó. "Son muy, muy extraños".

Hasta ahora se pensaba que los dominios V-set habían surgido en la rama del reino animal conocida como Bilateria. Este grupo se originó hace unos 540 millones de años e incluye a la mayoría de los animales familiares, incluidos mamíferos, insectos, peces, moluscos y todos los demás con lados derecho e izquierdo.

El hallazgo de dominios V-set en Hydractinia, que es parte de un grupo que apareció antes en la evolución de los animales, sugiere que los dominios V-set surgieron más atrás en el árbol evolutivo de lo que se pensaba anteriormente.

Varias proteínas Alr también tenían firmas asociadas con la señalización inmune en otros animales, otra pista de que este complejo de proteínas está involucrado en el autorreconocimiento.

"Sabemos mucho sobre los sistemas inmunológicos de los mamíferos y otros vertebrados, pero solo hemos arañado la superficie de la inmunidad en los invertebrados", dijo Nicotra. "Creemos que una mejor comprensión de la señalización inmunitaria en organismos como Hydractinia podría, en última instancia, apuntar a formas alternativas de manipular esas vías de señalización en pacientes con órganos trasplantados".

Otros autores que contribuyeron al estudio fueron Aidan L. Huene, Ph.D., Steven M. Sanders, Ph.D., Zhiwei Ma, B.S., Manuel H. Michaca, B.S., todos de Pitt; Anh-Dao Nguyen, Sergey Koren, Ph.D., Adam M. Phillippy, Ph.D., y Andreas D. Baxevanis, Ph.D., todos del Instituto Nacional de Investigación del Genoma Humano (NHGRI); James C. Mullikin, Ph.D., del NHGRI y los Institutos Nacionales de Salud (NIH); y Christine E. Schnitzler, Ph.D., de la Universidad de Florida. + Explora más

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