Иммунная экспрессия гена может привести к социальному статусу

Изучение диких бабуинов дает новое понимание эволюции социального доминирования.

К северу от горы. Килиманджаро, ученые наблюдали более 1500 бабуинов саванны (Papio cynocephalus) в течение четырех десятилетий в рамках проекта «Бабуин Амбосели».

Источник: Пол Манникс (Бабуин, Национальный парк Амбосели, Кения) [CC BY-SA 2.0]

Социальная иерархия вызывает психологический стресс. В сочетании с плохими ресурсами, стресс приводит к хаосу в иммунной системе. Он разрушает способность организма парировать возбудители, подавлять рост мутаций, вызывающих рак, и адаптироваться к экологическим шокам. Таким образом, когда неравенство возрастает, худшее может ожидать жить короче, хуже и, в общем, жалких жизней, чем те, кто наверху. По крайней мере, это была история до сих пор. Однако новое исследование предполагает, что мы получили хотя бы часть этой истории назад.

• Сила и значение социальной игры для защищенных собак
• Mommy Movie Stars: Forever Fertile?
• Как мы объясняем рождение братских близнецов?
• Какой у вас жирный номер клетки?
• Генетические факторы в биполярном расстройстве: нет причины быть сбитым

Высокий социальный статус может быть следствием, а не только причиной изменений в воспалении, согласно новому исследованию приматов в Кении группой герцога биологов. Тем не менее, команда обнаружила роль экспрессии иммунного гена только у самцов, в то время как это не могло объяснить социальный статус женщин. Генетика сама по себе не определяла уровень доминирования.

«Мы обнаружили подписи о статусе доминирования в провоспалительных путях. Но было много контекстной зависимости. Не все иерархии одинаковы », – сказала Дженни Тунг, доцент кафедры биологии и эволюционной антропологии в Университете Дьюка и заместитель директора исследовательского проекта« Бабуин Амбосели »в Кении.

Ученые часто обращаются к ближайшим родственникам нашего вида в животном мире, нечеловеческим приматам в дикой природе, чтобы понять взаимосвязь между социальными иерархиями и здоровьем. Одной из старейших и успешных таких программ сегодня является исследовательский проект «Бабуин Амбосели» в Кении, где за четыре десятилетия с момента его создания в течение нескольких поколений изучалось около 1 500 бабуинов. Усилия начались, когда в 1963 году молодая пара полевых биологов Жанна и Стюарт Альтманн путешествовала по Кении и Танзании в поисках места для изучения естественной истории бабуинов саванны. Сейчас в Принстоне Жанна Альтманн руководит проектом совместно с Сюзан С. Альбертсом из герцога, аспирантом пар в 1980-х годах. Другими членами группы являются Дженни Танг из герцога и Элизабет Арчи из Нотр-Дама, оба из которых обучаются аспирантам с Альбертом.

Десятилетия наблюдения бабуинов в их естественной среде обитания позволили исследователям точно определить групповые социальные иерархии. По словам Тунга, исследователи из Исследовательского проекта Бабуни Амбосели ежедневно регистрировали наблюдение за бабуинами дикой саванны с 1971 года. Кроме того, продолжающийся доступ к населению в парке Амбосели позволил команде Тунга собрать образцы крови от бабуинов, которые они знали из долгосрочных наблюдения. Чтобы собрать данные для этого исследования, Тун путешествовал в Кению в течение четырех лет со своим аспирантом Амандой Дж. Ли, первым автором исследования и теперь постдоком в Принстонском университете.

Благодаря недавним достижениям в области технологий лаборатория Тунга у герцога сегодня может получить беспрецедентное представление о биологии организма только из-за капли крови. Чтобы понять направление взаимоотношений между регулированием иммунной системы и социальным статусом у диких бабуинов, команда комбинировала генотипы, данные о экспрессии генов и другие молекулярные маркеры из 61 павиона с подробными наблюдательными данными социального ранга тех же субъектов в их естественной среде обитания в Амбосели, Кения. Они решили ответить на вопрос, могут ли изменения в регулировании иммунной системы предшествовать позиции социального статуса, а не наоборот. Другими словами, может ли иммуногенная экспрессия доминировать на доминирующем уровне вместо того, чтобы влиять на нее?

«По сути, мы пытаемся установить, является ли что-то причинным, а не просто коррелированным. Классический способ сделать это – использовать рандомизированный контролируемый дизайн, но мы не можем заставить бабуинов саванны менять свою экспрессию иммунных генов », – сказал профессор Тунг.

Таким образом, вместо рандомизированного контролируемого дизайна Тун и ее коллеги использовали так называемый менделевский метод рандомизации. «Может быть, природа сделала для нас рандомизацию, – объясняет Тунг. «Возможно, природа случайно давала субъектам различные гены регуляции иммунной системы, и эти гены не имеют отношения с доминированием».

Ли объясняет подход Менделеевой рандомизации как имеющий свои корни в эпидемиологии человека. Например, при оценке взаимосвязи между триглицеридами и сердечными заболеваниями, эпидемиологи не могут назначать высокий и низкий уровни триглицеридов случайным образом для разных пациентов. Вместо этого они используют тот факт, что генотипы рандомизируются при рождении. После сортировки предметов на основе генов, которые, как мы знаем, несут риск возникновения высоких триглицеридов, исследователи могут более точно проверить, все ли уровни триглицеридов в крови все еще предсказывают болезнь сердца. Двумя ключевыми предположениями, которые делают этот подход действительным, являются (1), что определенные гены, используемые на самом деле, предсказывают уровни триглицеридов в крови и (2), что одни и те же гены, по сути, не связаны с другими факторами, такими как доступ к здравоохранение, которое может вызвать сердечную болезнь независимо от уровня триглицеридов в крови. Переведя аналогию с их работой, исследователи считают разумным, что гены направляют пути иммунной системы. Они также предполагают, что генотипы назначаются случайным образом при рождении, и что иммунные гены не определяются рангом доминирования и не вызывают доминирующее положение через механизмы, отличные от функции иммунной системы.

Вооружившись богатыми поведенческими данными о иерархиях бабуинов в дикой природе, команда намеревалась применить этот метод рандомизации Менделя, чтобы проверить, могут ли изменения в регулировании иммунной системы влиять на социальный статус. Используя образцы крови от 61 бабуинов с различными местами в иерархии, наблюдали, команда профилировала ДНК испытуемых, чтобы определить генотип, секвенированную РНК для измерения экспрессии генов. Они изолировали лейкоциты на основе их рецепторов клеточной поверхности и выращивали их в лаборатории, чтобы изучить их реакцию при воздействии липополисахаридов, составляющих грамотрицательных бактерий. Вместо того, чтобы наблюдать реакцию всего организма на инфекцию, они наблюдали точные уровни биомаркеров, возникающие в результате воздействия известного антигена. Контролируемая настройка лаборатории позволила команде исключить другие потенциальные факторы, изменяющие регулирование иммунной системы, и стандартизировать стимул у субъектов с различным рангом доминирования в дикой природе.

В целом, в экспериментах установлено, что у мужчин с высоким статусом было 2 277 генов, которые были отрегулированы по-разному и специфически, что у мужчин с низким статусом. Команда также обнаружила, что они были обогащены для гена, кодирующего плацебообразный рецептор 4 (TLR4), который отвечает за обнаружение грамотрицательных бактерий, а также набор генов ниже по потоку, активированных TLR4, которые играют роль в NFkB-опосредованный провоспалительный путь. Напротив, экспрессия только 25 генов различалась среди женщин с низким и высоким статусом. Более чем различие по иерархии, иммунная система мужчин с низким и высоким рейтингом реагировала по-разному, когда стимулировала в лаборатории липополисахариды, составляющие грамотрицательных бактерий.

Команда считает, что именно контекстная зависимость и разнообразие естественных иерархий объясняют выявленные им различия по признаку пола. Оба мужчины и женщины бабуины живут в иерархии. Тем не менее, Тун и ее команда заметили, что мужчины живут в высококонкурентных, динамичных иерархиях, основанных на боевых способностях. Доминирующие бабуины могут быть оспорены в любое время подчиненными членами сообщества, и победитель боя получает новое доминирование над побежденными. Напротив, команда обнаружила, что женщины живут в относительно стабильных иерархиях на основе непотизма.

Тун призывает к принятию мер предосторожности при попытке применить исследования группы к иерархиям людей. Она объясняет, что основной целью ее исследований является понимание затрат и преимуществ социального. Она интересуется, как социальные невзгоды, социальный статус и социальная интеграция связаны с эволюционными особенностями пригодности животных, основной из которых является их способность воспроизводить и передавать свой генетический код потомству.

Но Тун также признает: «Мы сами являемся социальными животными, и есть много случаев, когда социальные структуры влияют на здоровье». Этот феномен известен ученым как социальный градиент здоровья. «Важно понимать условия, при которых возникают социальные градиенты, и каковы физиологические механизмы, которые связывают социальные иерархии с последствиями для здоровья и болезней».

Исследования Тунга и ее коллег показывают, что причина, по которой мы наблюдаем связь между социальным статусом и здоровьем, может быть вызвана так называемым «выбором здоровья», когда определенные физиологические и молекулярные механизмы порождают различия в способности продвигаться в социальной иерархии и для получения доминирования.

Но еще более интересно то же исследование предупреждает, что любая связь между здоровьем и социальным рангом зависит от контекста. Согласно Тунгу и Ли, будущие исследования также должны учитывать, как возникают иерархии, насколько они динамичны, как они пересекаются с конкурирующими социальными иерархиями и как они могут быть похожими или разными по видам.

Документ команды размещен на биографическом сайте bioRxiv, в открытом архиве биологических исследований. Ведущим автором является Аманда Дж. Ли, а старший автор – Дженни Тун. Другие соавторы включают Элизабет А. Арчи, Сьюзан К. Альбертс и группа исследователей, связанных с Институтом исследований приматов Национальных музеев Кении: Милосердие Ю. Акини (также у герцога), Рут Ньякунди, Питер Марри, Фред Нюндо и Томас Кариуки.

Рекомендации

Lea AJ, Atkinyi, MY, Nyakundi, R., et al. (2018). Экспрессия иммуногенного гена, ассоциированного с доминированием, широко распространена, специфична для секса и является предшественником высокого социального статуса у диких мужчин-бабуинов. bioRxiv. https://doi.org/10.1101/366021.

Исследовательский проект Амбосели Бабуин, http://amboselibaboons.nd.edu/