アスガルド古細菌の防御システムと真核生物の免疫の起源における役割
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ペドロ・レアオ
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自然免疫機構の起源が細菌である可能性についての議論が盛り上がって以来、私はずっと疑問に思っていた： その中で古細菌はどのような役割を果たしているのだろうか？🧵
アスガルド古細菌の防御システムと真核生物の免疫の起源における役割
免疫系はウイルス感染から生き残るために不可欠である。最近、細菌において何十もの新しい抗ウイルスシステムが明らかにされた。これらのシステムのいくつかは真核生物にも存在し、真核生物における免疫の起源に関与している。
https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2023.09.13.557551v1
我々の研究は、原核生物の防御システム（DS）が、真核生物に最も近い原核生物の親戚であるアスガルド古細菌に広く分布していることを明らかにした。
特筆すべきは、これらの防御システムのうち2つ（ViperinsとArgonautes）が、アスガルド古細菌グループ内で実にユニークな分布を示すことである。
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この2つのシステムは特別である！
この2つの系は広範囲に研究されているが（AudeBer、SorekLab、Makarova博士、Koonin博士の素晴らしい研究に賛辞を送りたい）、古細菌起源に関するヒントがある。
バイパリン
アルゴノート - nature.com/articles/s4158...
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2743648/
原核生物の毒蛇は多様な抗ウイルス分子を産生する - Nature
真核生物の毒蛇の起源は、抗ウイルス分子の生産を触媒する細菌および古細菌タンパク質のクレードである。
https://www.nature.com/articles/s41586-020-2762-2
ここでは、タンパク質の配列と構造の相同性を組み合わせて、これらのDSの起源を明らかにする。
まずバイペリン（vip）である。古細菌のvipを系統樹に並べると、真核生物のvipと姉妹グループであることがわかる。これは、真核生物とアスガルド人のvipが共通のタンパク質の祖先から進化したことを示唆している。
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それだけではない！
異種発現を通して、アスガルドvipが機能的であり、大腸菌集団をT7ファージ感染から守ることができることを証明した。
真核生物に近縁なアスガルドグループのタンパク質が、バッカルシステムで働くためにどのような手助けが必要なのかについて、議論を呼び起こす。
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ついでに！AudeBer @MDMlab_Paris 率いる @HGeorjon, @HelenaShomar, @fabaiwu による素晴らしい研究をお見逃しなく。彼らの研究は、原核生物と真核生物の毒蛇防御機構の類似点／相違点と、それが進化の歴史にどのような影響を与えるかを掘り下げている。
ヴァイペリン免疫は、保存された足場上での連続的な革新を通じて、生命樹全体で進化した
細胞とウイルス間の進化的な軍拡競争が、多様な生命体における抗ウイルス遺伝子の急速な多様化を促している。最近の発見により、ウイルスと細胞の間で共有される免疫遺伝子の存在が明らかになった。
https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2023.09.13.557418v1
アルゴノート・ストーリーへ
アスガルドタンパク質を配列と構造の観点から位置づけると、EukとProkのアルゴノートは、このタンパク質の古代のアスガルド版と非常に高い保存度でつながっているという説得力のある証拠が明らかになった。
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この研究の主な目的は、真核生物の免疫機構の起源に関する議論に古細菌を加えることの重要性を強調することである。
アスガルド古細菌が真核生物の細胞の複雑性に影響を与えたことは間違いなく、その防御戦略にも同じことが当てはまると考えている！
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この研究に参加してくれた素晴らしい研究室の仲間たち、@katy_appler、@em_aguilarpine、@KathrynPCurrie1、@val_deanda、@archaeal に感謝する。
そして、アスガルド毒蛇の防御能力を表現し、テストしてくれた@IlyaFinkelstein研究室の人々！
この新しい研究ラインについて、私の最初のクレイジーなアイデアを信頼してくれた@archaealに特別なエールを送りたい。
古細菌とウイルスの相互作用が進化に与える影響に関するエキサイティングな研究にご期待ください。
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📢 I'm thrilled to announce this pre-print! 🥳
Ever since the debate on a possible bacterial origin of innate immune mechanisms gained traction, I've been wondering: What role do Archaea play in it? 🧵
Asgard archaea defense systems and their roles in the origin of immunity in eukaryotesImmune systems are integral to survival against viral infection. Recently, dozens of new anti-viral systems have been characterized in bacteria. Some of these systems are present in eukaryotes and app…https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2023.09.13.557551v1
Our study reveals that prokaryotic defense systems (DS) are widely distributed in Asgard archaea, the closest prokaryotic relatives to Eukaryotes.
Notably, two of these DS (Viperins and Argonautes) exhibit a truly unique distribution within this group.
These two systems are special!
While they've been extensively studied (kudos to @AudeBer, @SorekLab, Dr.Makarova, Dr. Koonin brilliant work), there have been hints about an archaeal origin
Viperins -
Argonautes - nature.com/articles/s4158…
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2743648/
Here, we combine protein sequence and structural homology to shed light on the origins of these DS.
First the viperins (vip). Placing archaeal vip into phylogenies shows they're sister groups to eukaryotic vip, suggesting Euk and Asgard vip evolved from a common protein ancestor
But that's not all!
Through heterologous expression, we demonstrated Asgard vip are functional and can protect E. coli populations against T7 phage infection
Poking the debate on how proteins from Asgard groups closely related to Euk might need some help to work in bac systems
On this note! Don't miss the awesome work by @HGeorjon, @HelenaShomar, @fabaiwu led by @AudeBer @MDMlab_Paris. Their research delved into the similarities/differences between prok and euk vip defense mechanisms and how this impacts the evolutionary history
Viperin immunity evolved across the tree of life through serial innovations on a conserved scaffoldEvolutionary arms races between cells and viruses drive the rapid diversification of antiviral genes in diverse life forms. Recent discoveries have revealed the existence of shared immune genes betwee…https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2023.09.13.557418v1
Onto the argonaute story.
Our positioning of Asgard proteins in a sequence and structure context reveals compelling evidence that links Euk and Prok argonautes to ancient Asgard versions of this protein, with a remarkably high degree of conservation.
Our main goal with this work is to highlight the importance of bringing archaea into the debate on the origins of eukaryotic immune mechanisms
Asgard archaea have undoubtedly influenced eukaryotic cellular complexity, and we believe the same applies to their defense strategies!
Thank you to my amazing lab mates that participate in this work @katy_appler, @em_aguilarpine, @KathrynPCurrie1, @val_deanda, @archaeal .
And the people from @IlyaFinkelstein lab for their stellar work expressing and testing these Asgard viperins defense capabilities!
A special shout-out to @archaeal that trust my initial crazy ideas on this new research line.
A research line I'll be exploring as an assistant professor @RIBESresearch starting in Feb. Stay tuned for exciting research on the impact of archaea-virus interactions on evolution
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