近日，內(nèi)布拉斯加大學(xué)林肯分校的三名本科生Avery Marquis，Vanessa Hubing，Chanasei Ziemann以共同第一作者在Journal of Medicine Virology發(fā)表了兩篇關(guān)于干擾素調(diào)節(jié)因子（IRFs）如何協(xié)調(diào)先天免疫系統(tǒng)和炎癥反應(yīng)的研究論文，揭示了人類免疫系統(tǒng)進化的古老秘密。

在2024年8月發(fā)表在Journal of Medicine Virology的文章中，她們描述了一種“假基因”（即不產(chǎn)生蛋白質(zhì)的基因）可能通過逆轉(zhuǎn)錄病毒在6000萬年前搭便車進入了高等靈長類動物的DNA，這一DNA片段賦予了人類祖先對抗某些病菌的優(yōu)勢，并且可能繼續(xù)在微調(diào)人體免疫反應(yīng)方面發(fā)揮作用。

繼而在2025年2月發(fā)表在Journal of Medicine Virology的文章中，這三位年輕科學(xué)家追蹤了脊椎動物在進化過程中獲得下顎時如何發(fā)展出更復(fù)雜的免疫調(diào)節(jié)。

她們的指導(dǎo)導(dǎo)師Luwen Zhang表示：“本科生通常作為科研項目研究群體的一部分參與者共同參與研究，但第一作者身份非常罕見。她們?nèi)舜_實對這項工作做出了重大貢獻。”這三名學(xué)生都是通過大學(xué)的本科生創(chuàng)意活動和研究經(jīng)驗項目（為學(xué)生提供獎學(xué)金從而讓他們在攻讀學(xué)士學(xué)位的同時獲得研究經(jīng)驗）在張教授的實驗室工作的。

Luwen Zhang教授和專門研究生物信息學(xué)的Etsuko Moriyama教授共同指導(dǎo)了這項研究，他們利用尖端計算機技術(shù)分析基因序列，為包括七鰓鰻、鯊魚、輻鰭魚、鳥類和人類在內(nèi)的生物構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹。

在第一篇文章中，他們使用生物信息學(xué)方法包括用于序列相似性搜索的基本局部比對搜索工具（BLAST）、用于全基因組比對的BLAST樣比對工具（BLAT），以及用于系統(tǒng)發(fā)育分析的幾種系統(tǒng)發(fā)育軟件如使用快速傅里葉變換的多重比對（MAFT），表征了人類IRF5假基因1（IRF5P1）的結(jié)構(gòu)、起源和進化歷史。

分析表明，IRF5P1是一種嵌合加工的假基因，含有來自多種來源的序列，包括來自不同生物體的IRF5樣序列。IRF5P1是高等靈長類動物特有的，可能起源于大約6000萬年前的一次古老的逆轉(zhuǎn)錄病毒整合事件。有趣的是，IRF5P1位于含三重QxxK/R基序（TRIQK）基因內(nèi)，其反義鏈主要作為TRIQK前信使RNA（mRNA）的一部分表達。

對公開可用的RNA序列數(shù)據(jù)的分析表明，反義IRF5P1 RNA可能表達，他們假設(shè)這種反義RNA可能通過與IRF5 mRNA的互補結(jié)合來調(diào)節(jié)IRF5的表達，而人類遺傳變異可能會調(diào)節(jié)這種相互作用，靈長類譜系中IRF5P1的保護表明其對靈長類進化和先天免疫有積極影響。

在第二篇文章中，他們發(fā)現(xiàn)頜骨的進化與IRF成員中細胞質(zhì)定位的采用相吻合，這可能會增強快速免疫反應(yīng)，以應(yīng)對早期頜骨脊椎動物掠奪性生活方式帶來的免疫挑戰(zhàn)。具體而言，IRF成員在兩個不同的脊椎動物譜系中經(jīng)歷了獨立的擴張和多樣化：有頜脊椎動物和無頜脊椎動物。有頜脊椎動物特異性因子IRF5在整個進化過程中保持了保守的核輸出序列，而有頜脊椎動物中新多樣化的IRF成員已經(jīng)獲得了細胞質(zhì)定位。這種細胞質(zhì)轉(zhuǎn)變特別影響了參與I型干擾素（IFN）信號傳導(dǎo)的IRF（IRF3、IRF5、IRF7和IRF9），表明其與有頜動物I型IFN系統(tǒng)的發(fā)展共同進化。

此外，IRF6是另一種頜骨脊椎動物特異性因子，在頜骨發(fā)育中起著至關(guān)重要的作用，反映了一種進化適應(yīng)，使結(jié)構(gòu)創(chuàng)新與免疫功能相一致。

Luwen Zhang表示這項工作對所有免疫領(lǐng)域都非常重要，它在免疫研究方面引起了很大的關(guān)注，而其中一個原因是IRF5與慢性人類自身免疫疾病的關(guān)系。

參考文獻：

[1] Vanessa Hubing et al, Cytoplasmic Shift of Interferon Regulatory Factors Co-Evolved With Jawed Vertebrate Innate Immunity, Journal of Medical Virology (2025).

[2] Avery Marquis et al, The primate‐specific presence of interferon regulatory factor-5 pseudogene 1, Journal of Medical Virology (2024).

主編微信

注：添加微信請備注昵稱+單位+研究

生命科學(xué)綜合交流QQ群:681341860