Les systèmes biologiques peuvent se comporter comme des frères et sœurs de plusieurs manières, notamment en empruntant quelque chose et en ne le rendant jamais. Le système immunitaire humain semble y être parvenu grâce à une protéine qui aide désormais à lier et à réguler les sous-unités qui composent les anticorps, selon une collaboration de recherche entre plusieurs instituts. Ils ont découvert qu’avant que le système immunitaire ne la coopte au cours de l’évolution, la protéine appartenait à l’origine à une famille de gènes responsables du déplacement des cellules au bon endroit et au bon moment pour répondre à des besoins fonctionnels spécifiques.
Les chercheurs, dont Kazuhiko Kawasaki, professeur agrégé de recherche en anthropologie à Penn State, ont publié leurs conclusions dans Actes de l’Académie nationale des sciences. Selon l’équipe, bien que ces travaux fournissent principalement une compréhension fondamentale d’une caractéristique du système immunitaire et de ses gènes associés, ils pourraient également contribuer à ouvrir des voies de conception pour de futures thérapies, telles que des réponses immunitaires personnalisées.
“Tout vient de quelque part et nous pensons avoir trouvé l’origine de la chaîne de jonction de l’immunoglobine (chaîne J), une molécule immunitaire importante”, a déclaré l’auteur correspondant Martin F. Flajnik du Département de microbiologie et d’immunologie de l’Université du Maryland, qui a dirigé l’étude. Flajnik a également obtenu son baccalauréat en biologie à Penn State en 1978 avant de terminer sa maîtrise à l’Université de Rochester.
La chaîne J assemble et stabilise deux types d’anticorps : l’immunoglobine M (IgM) et l’immunoglobine A (IgA). Il régule spécifiquement les structures des molécules IgM et IgA, composées de plusieurs sous-unités, et est nécessaire à leur mouvement à travers le tissu producteur de mucus qui tapisse les structures corporelles telles que les intestins, la cavité nasale et les poumons qui sont exposées aux influences extérieures. Les chercheurs ont découvert que la chaîne J provient des chimiokines CXCL, une famille spécifique de protéines qui régulent la capacité des globules blancs à se déplacer dans tout le corps.
“Comme l’immunoglobine elle-même et l’immunité adaptative de type humain, la chaîne J est apparue chez les vertébrés à mâchoires, mais son origine est restée énigmatique depuis sa découverte il y a plus de 50 ans”, a déclaré Flajnik. « Cette découverte n’était jamais prévisible. La locomotion contrôlée par les chimiokines est une fonction vitale du système immunitaire, mais une fonction complètement différente de celle de la chaîne J !
Au cours de l’évolution, de nouveaux gènes sont souvent créés à partir de gènes physiquement proches les uns des autres sur le chromosome, et ces gènes restent généralement regroupés même s’ils développent des fonctions différentes mais similaires, mais Kawasaki a déclaré que l’emplacement n’est pas le seul facteur déterminant dans la détermination de l’origine. .
“Le lien évolutif des gènes peut généralement être reconnu lorsque deux gènes conservent des séquences nucléotidiques ou des séquences d’acides aminés codées similaires”, a déclaré Kawasaki, faisant référence aux matériaux qui constituent le code génétique d’un organisme. “Cependant, des études antérieures n’ont pas réussi à découvrir des gènes présentant des similitudes de séquence avec le gène de la chaîne J, probablement parce que la séquence du gène de la chaîne J a subi des changements rapides à son origine.”
Flajnik a déclaré qu’il avait l’intuition que la chaîne J est liée à un groupe de gènes sécrétoires de phosphoprotéine liant le calcium (SCPP) en raison de leurs charges similaires et de leurs quantités de proline, un acide aminé. Il savait que Kawasaki était un expert des gènes SCPP, alors il lui a envoyé un e-mail pour explorer l’idée.
“Il m’a dit que les SCPP et la J-Chain n’avaient rien à voir les uns avec les autres pour diverses bonnes raisons”, a déclaré Flajnik. “C’était triste parce que c’était mon hypothèse préférée.”
Cependant, Kawasaki avait remarqué que les gènes situés du côté opposé de la chaîne J, loin des gènes SCPP, semblaient être liés à la chaîne J. Il s’agissait des gènes de chimiokine CXCL.
“J’ai immédiatement vérifié ces gènes de chimiokine CXCL et découvert que bien que ces gènes et le gène de la chaîne J ne partagent pas de similitudes de séquence avec les gènes de la chaîne J, ils sont similaires dans d’autres caractéristiques”, a déclaré Kawasaki.
Ces caractéristiques incluent le même nombre d’exons qui codent pour la protéine et les phases d’introns qui agissent comme des interrupteurs pour arrêter ou démarrer l’épissage des molécules d’ARN transcrites par le gène. Le deuxième exon code pour la même séquence pour les deux gènes, connue sous le nom de tripeptide classique cystéine-X-cystéine. Les longueurs de trois exons sont également similaires.
“Aucun autre gène codant pour le sécrétome humain, qui comprend toutes les protéines pouvant être sécrétées par les cellules d’un organisme, ne possède les trois caractéristiques”, a déclaré Kawasaki.
Cependant, les liaisons entre les molécules de cystéine codées par le deuxième exon de chaque gène sont complètement différentes, ont indiqué les chercheurs.
“Cela signifie qu’une chimiokine peut considérablement modifier sa structure et assumer une nouvelle fonction”, a déclaré Flajnik.
Les chercheurs souhaitent ensuite déterminer si les chimiokines ont assumé d’autres fonctions, notamment dans le système immunitaire. Ils veulent également vérifier si les chimiokines sont flexibles dans leur structure, ce qui pourrait indiquer la capacité d’adopter une structure secondaire entièrement nouvelle et de s’adapter à différents besoins biologiques selon les besoins.
“Je travaille dans le domaine scientifique depuis 44 ans, mais cette expérience a été l’une des plus incroyablement satisfaisantes et des plus heureuses”, a déclaré Flajnik. “Je doute que cette similitude aurait été révélée il y a longtemps sans l’interaction fortuite entre Kazuhiko et moi.”
Parmi les autres co-auteurs figurent Yuko Ohta, professeur adjoint de microbiologie et d’immunologie à l’Université du Maryland, et Caitlin D. Castro, associée de recherche au Département de biochimie et de biologie moléculaire de l’Université de Chicago.
Les National Institutes of Health ont soutenu cette recherche.