A Peste Negra pode ter influenciado a evolução dos genes envolvidos nas respostas imunes contra patógenos

A Peste Negra pode ter influenciado a evolução dos genes envolvidos nas respostas imunes contra patógenos

Num estudo recente publicado em Natureza Os investigadores reuniram evidências empíricas de que pandemias passadas causadas por agentes patogénicos infecciosos moldaram a suscetibilidade humana atual a doenças como as doenças autoimunes.

Lernen: Die Entwicklung von Immungenen wird mit dem Schwarzen Tod in Verbindung gebracht. Bildquelle: Marcin Osman/Shutterstock

fundo

A pandemia de peste, vulgarmente referida como Peste Negra, foi causada por uma espécie de bactéria, Yersinia pestis, que eliminou 30 a 50% da população afro-eurasiática e se tornou o maior evento de mortalidade na história da humanidade. Essas taxas de mortalidade sem precedentes sugeriram que variantes alélicas de genes imunes que desencadearam uma resposta imune contra a infecção por Y. pestis podem ter estado sob forte seleção durante este período. Em todas as pandemias de peste subsequentes na Europa, as taxas de mortalidade diminuíram significativamente, provavelmente devido à evolução dos agentes patogénicos, à mudança de práticas culturais ou à adaptação genética humana à Y. pestis.

Como não tiveram exposição recente à peste, os europeus que sofreram a Peste Negra parecem representar uma população imunologicamente ingênua, com adaptação mínima ou nenhuma adaptação à Y. pestis. Contudo, até o momento, os alvos imunológicos de Y. pestis selecionados durante a Peste Negra ainda não são conhecidos. A maior parte das evidências de uma ligação entre os alelos de risco associados a doenças autoimunes e a adaptação a doenças infecciosas anteriores permanece indireta, uma vez que os fatores etiológicos que impulsionam esta seleção permanecem ocultos.

Sobre o estudo

No presente estudo, os investigadores desenterraram dados genómicos antigos de pessoas que morreram pouco antes, durante ou depois da pandemia da Peste Negra em Londres e na Dinamarca para caracterizar as suas variações genéticas. O desenho amostral exclusivo do estudo ajudou os pesquisadores a distinguir as assinaturas genéticas devidas à Y. pestis de outros processos seletivos, incluindo outras doenças infecciosas, como a tuberculose. Além disso, foi minimizada a medida em que outros acontecimentos históricos, como a fome, poderiam ter influenciado a conclusão da selecção positiva.

A equipe visitou três cemitérios de Londres para coletar amostras de ácido desoxirribonucléico (DNA) de pessoas que morreram antes, durante e depois da Peste Negra. Em Londres também coletaram amostras de todas as vítimas da Peste Negra que morreram entre 1348 e 1349 e foram enterradas em East Smithfield. Radiocarbono, estratigrafia e dados históricos confirmaram como essas pessoas morreram. Os enterros em Londres foram datados com mais precisão e geograficamente mais bem controlados do que os da Dinamarca. Em seguida, a equipe entrevistou dinamarqueses em cinco locais do país. Eles agruparam essas pessoas naquelas que viveram no período anterior e posterior à Peste Negra. Desta forma, os investigadores garantiram que apenas identificavam haplótipos mitogenómicos europeus.

Os pesquisadores examinaram 516 amostras, incluindo 318 de Londres e 198 da Dinamarca. Eles descobriram o DNA humano usando um teste de reação em cadeia da polimerase (PCR) modificado para o gene do oncogene da mielocitomatose celular (c-myc). Além disso, identificaram 360 loci nucleares com DNA endógeno suficiente para posterior enriquecimento e sequenciamento.

Os pesquisadores garantiram que a desaminação e outros danos antigos no DNA não se manifestassem como informações genotípicas falsificadas. Portanto, eles cortaram quatro pares de bases (pb) do início e do final de cada leitura de sequenciamento. O conjunto de dados final do estudo incluiu 33.110 variantes bialélicas com uma cobertura média de leituras de 4,6 vezes por local e por indivíduo. Eles filtraram chamadas de genótipos ausentes em mais de 50% dos locais de destino. Em seguida, a equipe calculou a frequência alélica menor (MAF) por população. Por último, apenas mantiveram os locais cujo MAF médio era superior a 5% em Londres e na Dinamarca.

Além disso, os pesquisadores procuraram variantes alélicas dentro de genes imunológicos e loci de estudo de associação genômica ampla (GWAS) que mostrassem mudanças inesperadas na frequência entre amostras antes e depois da Peste Negra para identificar variantes genéticas para as quais o grau de diferenciação (FST) era mais do que o esperado por acaso.

Inicialmente, a equipe identificou 245 variantes comuns com MAF superior a 10%. Esses alelos variantes também eram altamente diferenciados, conforme indicado pelo seu FST, que era >95. percentil foi. Os pesquisadores definiram o FST usando locais neutros ao comparar amostras de Londres antes e depois da Peste Negra. Em seguida, argumentaram que os alelos que conferem maior suscetibilidade ou proteção contra Y. pestis deveriam aumentar ou diminuir em frequência em pessoas que morreram durante a Peste Negra ou naquelas amostradas após a Peste Negra, respectivamente. Isto reduziu a lista de loci supostamente seleccionados de 245 para 35. Finalmente, examinaram se estes loci eram tão altamente diferenciados e na mesma direcção que os seus homólogos de Londres.

Além disso, a equipe examinou se os quatro loci candidatos identificados no estudo ou genes próximos a eles estavam envolvidos na resposta transcricional à Y. pestis. Portanto, eles incubaram macrófagos de 33 amostras com Y. pestis morta pelo calor. Em seguida, eles usaram o sequenciamento do ácido ribonucleico (RNA) para comparar os perfis de expressão gênica dessas amostras com os das amostras de controle.

Resultados do estudo

Dados funcionais de experimentos de infecção in vitro confirmaram que os candidatos mais fortes à seleção positiva estavam diretamente envolvidos na resposta imune a Y. pestis. Os pesquisadores identificaram quatro loci genéticos altamente diferenciados antes e depois do surto de Peste Negra em Londres. Portanto, calcularam os coeficientes de seleção para cada uma dessas variantes usando um modelo oculto de Markov (HMM). O mesmo se repetiu na coorte dinamarquesa como os candidatos mais fortes à seleção. Devido ao pequeno tamanho da amostra, o poder de replicação foi limitado. Portanto, alguns dos 245 loci altamente diferenciados em Londres provavelmente também foram afetados pela seleção natural, embora não tenham sobrevivido aos critérios de filtragem conservadores. Estudos futuros que examinem o papel evolutivo dessas variantes na resposta imune a Y. pestis devem usar amostras maiores em conjunto com dados funcionais adicionais.

Sete genes dentro de 100 quilobases de quatro loci candidatos mostraram uma resposta transcricional a Y. pestis em macrófagos, com exceção do gene da leucil e cisteinil aminopeptidase (LNPEP). In vivo, o receptor Toll-like 4 (TLR4) reconheceu Y. pestis através do reconhecimento de sua membrana lipopolissacarídica (LPS). Para evitar esta detecção, as bactérias desacetilam o LPS de superfície, reduzindo assim a afinidade de ligação ao TLR4. A molécula adaptadora do receptor Toll-like 2 (TICAM2) ajudou o TLR4 ligado ao LPS a entrar nos endossomas e a ativar as respostas do interferon tipo I (IFN). Portanto, é possível que o aumento da expressão de TICAM2 tenha conferido proteção contra Y. pestis.

Os pesquisadores descobriram que o locus da aminopeptidase 2 do retículo endoplasmático (ERAP2) tinha dois haplótipos (A e B). Em macrófagos, a expressão reduzida de ERAP2 em indivíduos portadores do deletério alelo haplótipo B rs2248374-G foi associada à maior expressão da isoforma truncada. Os indivíduos com o haplótipo benéfico foram capazes de resistir à morte celular causada por Y. pestis de forma mais eficaz do que os indivíduos com o haplótipo letal. Por exemplo, os níveis de IL-1β, uma citocina pró-inflamatória chave associada à morte celular piroptótica, foram três vezes mais baixos em indivíduos homozigotos para o genótipo ERAP2 benéfico do que em indivíduos homozigotos para o genótipo supostamente letal. No entanto, os resultados não puderam ser confirmados por experimentos in vitro.

Conclusões

O presente estudo utilizou dados genômicos antigos e análises funcionais para reunir evidências empíricas de que a infecção por Y. pestis afetou a diversidade genética em torno de alguns loci imunológicos. Quatro loci que se diferenciaram fortemente antes e depois da Peste Negra causada por Y. pestis emergiram como os mais fortes candidatos à seleção. O ERAP2 apresentou a evidência mais convincente de seleção, com um coeficiente de seleção de 0,4.

Esta descoberta sugere que os indivíduos homozigotos para o alelo benéfico têm aproximadamente 40% mais probabilidade de sobreviver à Peste Negra do que os indivíduos homozigotos para o alelo mortal. É possível que a proteína ERAP2 tenha aumentado a apresentação de antígenos específicos de Y. pestis às células T CD8+, estimulando assim uma resposta imune protetora.

O ERAP2 foi transcricionalmente responsivo a múltiplos patógenos, apoiando seu papel fundamental na regulação da resposta imune. Portanto, a seleção exercida no ERAP2 por Y. pestis afetou a resposta imune a outros patógenos e características da doença. Por exemplo, o alelo ERAP2 selectivamente vantajoso é um factor de risco conhecido para a doença de Crohn, e a sua variação alélica tem sido associada a outras doenças infecciosas.

Da mesma forma, estudos demonstraram a associação de outro locus, rs11571319, próximo à proteína 4 associada a linfócitos T citotóxicos (CTLA4), com risco aumentado de artrite reumatóide e lúpus eritematoso sistêmico. Na verdade, a retenção de alelos supostamente benéficos de alguns genes do sistema imunológico durante a Peste Negra levou a um risco aumentado de doenças autoimunes na população atual.

Referência:

• Klunk, J., Vilgalys, T., Demeure, C., Cheng, X., Shiratori, M. & Madej, J. et al. (2022). Die Entwicklung von Immungenen wird mit dem Schwarzen Tod in Verbindung gebracht. Natur. doi: 10.1038/s41586-022-05349-x https://www.nature.com/articles/s41586-022-05349-x

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