I genomi dei pipistrelli del genere Myotis rivelano come combattono virus, cancro e danni cellulari. / Myotis Bat Genomes Reveal How They Fight Viruses, Cancer, and Cellular Damage

 I genomi dei pipistrelli del genere Myotis rivelano come combattono virus, cancro e danni cellulari. / Myotis Bat Genomes Reveal How They Fight Viruses, Cancer, and Cellular Damage

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

I pipistrelli sono tra le specie di mammiferi più diversificate, secondi solo ai roditori, e rappresentano un'anomalia nel mondo dei mammiferi: volano, hanno una lunga aspettativa di vita rispetto alle loro dimensioni e raramente si ammalano di cancro.

Gli scienziati forniscono ora approfondimenti su queste caratteristiche uniche nel nuovo studio pubblicato su Nature , intitolato " Approfondimenti sulla longevità e sull'adattamento indotto dai virus nei genomi dei pipistrelli Myotis " .

Il gruppo ha generato linee cellulari ed assemblaggi genomici quasi completi per otto specie di pipistrelli del genere Myotis strettamente imparentate. Hanno raccolto tessuti da pipistrelli Myotis nell'ovest americano utilizzando un approccio di campionamento innovativo. Invece di prelevare tessuto organico, gli scienziati hanno effettuato biopsie di piccole porzioni circolari dalle ali, in modo simile ad un piercing all'orecchio. Il tessuto è stato utilizzato per coltivare linee cellulari e costruire i genomi delle otto specie. Utilizzando screening genomici della selezione positiva, analisi della variazione strutturale ed esperimenti, il gruppo ha identificato modelli di adattamento che contribuiscono alla longevità, alla resistenza al cancro ed alle interazioni virali.

"L'adattamento agli agenti patogeni, la longevità e la resistenza al cancro sono fondamentalmente collegati", afferma Elise Lauterbur, PhD, professoressa associata di biologia evolutiva all'Università del Vermont. "Molti dei geni che si sono adattati ai virus nei pipistrelli sono geni coinvolti anche nella longevità e nella resistenza al cancro."

Il gruppo ha scoperto che i pipistrelli presentano un meccanismo di copia genica unico per la riparazione del DNA. Più specificamente, scrivono che i loro risultati mostrano "modalità distinte di adattamento ai virus a DNA ed a RNA rispetto a tutti gli altri mammiferi, con i pipistrelli che mostrano una sovra-rappresentazione a livello genomico della selezione positiva per le proteine ​​che interagiscono con i virus a DNA e tassi elevati di variazione del numero di copie per le proteine ​​che interagiscono con i virus a RNA".

La caratterizzazione delle duplicazioni specifiche del Myotis ha portato il gruppo di ricerca a concentrarsi sul fattore immunitario chiave EIF2AK2 (noto anche come PKR), presente in tutti i mammiferi, per comprendere cosa rendesse  così diversa la risposta antivirale del pipistrello Myotis.

Dimostrano che la ricorrente evoluzione della longevità osservata nei Myotis è associata ad una selezione positiva nei percorsi del cancro e dimostrano una risposta unica al danno al DNA nelle cellule primarie del longevo Myotis lucifugus. "In ogni altro mammifero esaminato, c'è una sola copia di questo gene", spiega Lauterbur. "Ciò significa che c'è una pressione importante che lo mantiene ad una sola copia. Nei nostri specialissimi  pipistrelli Myotis, ce ne sono due copie, o almeno così pensavamo". Quando ha analizzato il genoma, Lauterbur ha scoperto che alcuni  pipistrelli Myotis  avevano una, due o addirittura tre copie di PKR, suggerendo che le copie aggiuntive abbiano un effetto protettivo che promuove la longevità.

I ricercatori hanno condotto esperimenti su diverse linee cellulari, inserendo copie del gene PKR in specie differenti ed infettando poi le cellule con un virus del vaiolo per valutarne la reazione. Hanno inoltre somministrato alle cellule un farmaco chemioterapico per testarne la tolleranza e la capacità di riparare i danni. Il gruppo ha scoperto che i pipistrelli bruni, i più longevi del gruppo, reagivano in modo diverso alle alte dosi, dove era più probabile che si verificassero danni cellulari.

Questo adattamento potrebbe essere fondamentale per frenare la diffusione del cancro. Con l'invecchiamento degli organismi ed il declino dei processi cellulari, alcune specie particolarmente longeve hanno sviluppato risposte specializzate, che vanno dalla riparazione delle cellule danneggiate all'isolamento del danno, fino all'eliminazione delle cellule danneggiate non appena viene rilevato un danno.

Sebbene sia forse troppo presto per utilizzare gli adattamenti immunitari unici dei pipistrelli per risolvere le patologie umane, alcune lezioni potrebbero rivelarsi particolarmente preziose. In futuro, Lauterbur intende esplorare adattamenti sottovalutati come le variazioni nel numero di copie geniche. "Questi tipi di cambiamenti possono fornire all'evoluzione ulteriori modi per generare diversità e rispondere ai cambiamenti ambientali, e credo che stiamo solo iniziando a comprenderne l'importanza".

ENGLISH

Bats are among the most diverse mammalian species—second only to rodents—and are anomalies in the mammalian world: they fly, have long lifespans for their size, and rarely get cancer.

Scientists now provide insights into these unique characteristics in the new study published in Nature entitled, “Insights into longevity and virus-driven adaptation from Myotis bat genomes.”

The team generated cell lines and near-complete genome assemblies for eight closely related Myotis bat species. They collected tissue from Myotis bats in the American West using a novel sampling approach. Instead of harvesting organ tissue, the scientists biopsied tiny circular patches from the wings akin to an ear piercing. The tissue was used to grow cell lines and build genomes for the eight species. Using genome-wide screens of positive selection, analyses of structural variation, and experiments, the team identified patterns of adaptation contributing to longevity, cancer resistance and viral interactions.

“Pathogen adaption, longevity, and cancer resistance—they are fundamentally linked,” says Elise Lauterbur, PhD, assistant professor of evolutionary biology at the University of Vermont. “Many of the genes that have adapted to viruses in bats are genes that are also involved in longevity and cancer resistance.”

The team discovered that bats exhibit a unique gene copy mechanism for DNA-repair. And more specifically, they write that their findings show “distinct modes of adaptation to DNA and RNA viruses compared with all other mammals, with bats exhibiting genome-wide over-representation of positive selection for DNA-virus-interacting proteins and elevated rates of copy-number variation for RNA-virus-interacting proteins.”

Characterization of Myotis-specific duplications led the research team to home in on the key immune factor EIF2AK2 (also known as PKR) found in every mammal to understand what made the Myotis bat’s antiviral response so different.

They show that the recurrent evolution of longevity seen in Myotis is associated with positive selection in cancer pathways and demonstrate a unique response to DNA damage in primary cells of the long-lived Myotis lucifugus. “In every single other mammal that has been looked at, there is one copy of this gene,” Lauterbur explains. “That means there is some important pressure keeping it at one copy. In our very special Myotis bats, there are two copies—or so we thought.” When she teased apart the genome, Lauterbur found some Myotis bats had one, two, or even three copies of PKR, suggesting additional copies have a protective effect that promote longevity.

Collaborators conducted experiments on the various cell lines, splicing copies of PKR into different species and then introduced the cells with a pox virus to gauge their reaction and dosed the cells with chemotherapeutic drug to test how they tolerate and repair damage. The team found little brown bats—the longest living bats of the group—responded differently at high doses where cell damage would most likely occur.

This adaptation could be critical for curbing the spread of cancer. As organisms age and cellular processes decline, some particularly long-lived species have developed specialized responses from repairing damaged cells, isolating the damage, to throwing cells out upon damage detection.

While it may be too early to use the unique immune adaptations of bats to solve human pathology, some lessons may be particularly valuable. Moving forward, Lauterbur wants to explore underappreciated adaptations such as changes in gene copy number, she says. “Those kinds of changes can give evolution additional ways to generate diversity and respond to changing environments, and I think we’re only beginning to understand their importance.”

Da:

https://www.genengnews.com/topics/omics/myotis-bat-genomes-reveal-how-they-fight-viruses-cancer-and-cellular-damage/?_hsenc=p2ANqtz-9-SU5bvSc8huBbs4kilzfTuBjRhX5L69ojxI-iv2yeShilEA28OVtwUAODIo5dGxScqqsSmGTfS8akgSrVtvF6Eq5xdWEGFBEhpb_SYCMeqyraPzU&_hsmi=435574696