Наши предки заимствовали у неандертальцев и денисовцев важные гены для защиты от вирусов

Гены и белки Главного комплекса гистосовместимости (ГКГ) класса I играют у позвоночных ключевую роль в борьбе с вирусными инфекциями, а также с переродившимися (например, раковыми) клетками собственного организма. У человека этих генов три, называются они HLA-A, HLA-B и HLA-C и располагаются все вместе (единым кластером) на шестой хромосоме.

Белки ГКГ необходимы для того, чтобы специализированные клетки иммунной системы — T-лимфоциты и NK-лимфоциты — могли своевременно распознать присутствие в клетках организма чужеродных белков (например, вирусных). Все белки, имеющиеся в клетке, рано или поздно отправляются на переработку: специальные молекулярные «мясорубки» — протеасомы — режут их на короткие фрагменты (см.: Белки попадают в протеасому через «преддверие» уже развернутыми, «Элементы», 05.11.2010). Некоторые из этих фрагментов — пептиды длиной по 8–10 аминокислот — присоединяются к белкам ГКГ и вместе с ними транспортируются на поверхность клетки. Сидящие на поверхности клеток комплексы из белков ГКГ и прикрепленных к ним пептидов представляют собой что-то вроде «паспорта» клетки. Лимфоциты «ощупывают» их своими рецепторами, и если будет замечен чужеродный пептид, клетка может быть атакована и уничтожена.

Каждый белок ГКГ может прикрепить к себе не любой пептид, а только принадлежащий к определенному классу (с определенными аминокислотами, занимающими несколько «ключевых» позиций). Поэтому от набора генов ГКГ в геноме зависит, от каких вирусов организм будет хорошо защищен, а от каких — не очень. Поскольку вирусов много и они быстро эволюционируют, гены ГКГ находятся под действием так называемого балансирующего отбора, поддерживающего высокий уровень генетического полиморфизма. Действительно, гены ГКГ класса I чрезвычайно полиморфны: каждый из них присутствует в генофонде в виде сотен вариантов (аллелей). Хотя у одного человека в геноме может быть, конечно, только по два аллеля каждого из трех генов.

Полиморфизм генов ГКГ дополнительно поддерживается половым отбором, потому что многие позвоночные выбирают партнеров на основе индивидуального запаха, который во многом определяется набором пептидов ГКГ, причем предпочтение часто отдается запаху, несхожему со своим собственным (см.: Видообразование — личное дело каждого, «Элементы», 15.02.2006). Такой алгоритм выбора партнера дает преимущество редким аллелям ГКГ, и в том же направлении действует отбор, осуществляемый эпидемиями вирусных заболеваний.

Ранее было показано, что в генофонде современного внеафриканского человечества имеется примесь генов архаичных евразийских человеческих популяций — неандертальцев и денисовцев (см.: Геном неандертальцев прочтен: неандертальцы оставили след в генах современных людей, «Элементы», 10.05.2010; Прочтен ядерный геном человека из Денисовой пещеры, «Элементы», 23.12.2010). Логично предположить, что среди заимствованных генов были и какие-то аллели ГКГ. Вышедшие из Африки сапиенсы наверняка были хуже приспособлены к местным инфекциям, чем коренные обитатели Евразии, поэтому такое заимствование могло оказаться для них весьма полезным.

Большая международная группа генетиков решила проверить это предположение. О результатах проверки рассказано в статье, опубликованной в последнем выпуске журнала Science. Авторы сопоставили набор аллелей генов HLA-A, HLA-B и HLA-С у трех неандертальцев из пещеры Виндия в Хорватии (у всех троих, кстати, набор аллелей ГКГ класса I оказался одинаковым, что свидетельствует об очень близком родстве) и у человека из Денисовой пещеры с разнообразием аллелей этих генов в современном человечестве. В ходе анализа использовалось несколько взаимодополняющих подходов и статистических методов. В частности, учитывались данные по так называемому «неравновесию по сцеплению» (linkage disequilibrium, LD) — этим неудобоваримым термином генетики обозначают повышенную, по сравнению с ожидаемой при случайном распределении, частоту совместной встречаемости двух генетических вариантов (например, определенного аллеля HLA-B с определенным аллелем HLA-C).

Почти все аллели ГКГ класса I, обнаруженные у неандертальцев и денисовца, встречаются в генофонде современного человечества, причем большинство из них распространено преимущественно (или исключительно) за пределами тропической и южной Африки. Для нескольких аллелей удалось показать, что вероятность их заимствования нашими предками у денисовцев и неандертальцев существенно выше вероятности того, что эти аллели были унаследованы сапиенсами и архаичным населением Евразии от общего предка. Степень достоверности этого вывода для разных аллелей получилась разной. С наибольшей уверенностью можно говорить о заимствовании аллеля 73:01 гена HLA-B, аллелей 11, 26, 24:02, 31:01 гена HLA-A, аллеля 15 гена HLA-C. Возможно, были заимствованы также некоторые аллели генов рецепторов NK-лимфоцитов (тех самых рецепторов, при помощи которых лимфоциты распознают белки ГКГ с прикрепленными к ним пептидами).

Многие заимствованные нашими предками у денисовцев и неандертальцев аллели ГКГ оказались полезными и были поддержаны отбором. Это видно по высокой частоте их встречаемости. Так, суммарная частота встречаемости всех предположительно заимствованных аллелей HLA-A кое-где в Восточной Азии превышает 60%, а в горных районах Новой Гвинеи приближается к 100% (см. правую нижнюю карту на рисунке). Один из широко распространенных «архаичных» аллелей (HLA-A*11) обеспечивает эффективную защиту от вируса Эпштейна—Барр; в чём состоит специфика остальных неандертальских и денисовских аллелей, пока не известно.

Таким образом, исследование добавило важные подробности к обнаруженному ранее факту присутствия в генофонде внеафриканского человечества неандертальских и денисовских генов. Помимо прочего, характер географического распределения заимствованных аллелей ГКГ позволяет предположить, что гибридизация наших предков с архаичными обитателями Евразии, возможно, происходила не в какой-то одной точке, а в разных районах Западной, Южной и Восточной Азии.

Источник: Laurent Abi-Rached, Matthew J. Jobin, Subhash Kulkarni, Alasdair McWhinnie, Klara Dalva, Loren Gragert, Farbod Babrzadeh, Baback Gharizadeh, Ma Luo, Francis A. Plummer, Joshua Kimani, Mary Carrington, Derek Middleton, Raja Rajalingam, Meral Beksac, Steven G. E. Marsh, Martin Maiers, Lisbeth A. Guethlein, Sofia Tavoularis, Ann-Margaret Little, Richard E. Green, Paul J. Norman, Peter Parham. The Shaping of Modern Human Immune Systems by Multiregional Admixture with Archaic Humans // Science. 2011. V. 334. P. 89–94.

См. также:
1) Геном неандертальцев прочтен: неандертальцы оставили след в генах современных людей, «Элементы», 10.05.2010.
2) Прочтен ядерный геном человека из Денисовой пещеры, «Элементы», 23.12.2010.

Александр Марков