Identification and characterization of non-classical Major Histocompatibility Complex (MHC) class I genes in genomes of frogs

Geny głównego kompleksu zgodności tkankowej (MHC) kodują białka pełniące wiodącą rolę w rozpoznawaniu patogenów atakujących organizm. Badania przeprowadzone na rodzaju Xenopus wskazują, że kluczową rolę w odporności przeciwko ranawirusą i bakteriom z rodziny Mycobacteriaceae, które są jednymi z głównych patogenów atakujących ten rodzaj płazów bezogonowych, mogą pełnić nieklasyczne białka MHC klasy I (MHC-Ib) i ściśle z nimi powiązane niekonwencjonalne limfoctyty T. Do tej pory region MHC został najlepiej poznany u rodzaju Xenopus. Wiadomo, że posiadają jedną kopię genu klasycznego MHC klasy I (MHC-Ia) i wiele kopii genu MHC-Ib. Głównym celem pracy było sprawdzenie czy płazy bezogonowe inne niż Xenopus posiadają wiele kopii genów MHC-Ib. Praca skupiła się również na analizie liczby genów MHC-Ia, jak i porównaniu architektury genomowej regionów MHC pomiędzy gatunkami. Analiza opierała się na przeszukaniu genomowych anotacji białek pochodzących z wysokiej jakości genomów płazów bezogonowych pod kątem białek MHC I na podstawie sekwencji aminokwasowej genów MHC-Ia i MHC-Ib pochodzących od X. laevis oraz sekwencji białka HLA-A człowieka. Uzyskane sekwencje białek zostały użyte do konstrukcji drzewa filogenetycznego, którego założeniem jest prześledzenie ewolucji tych białek. Dodatkowo określono stopień zakonserwowania sekwencji białkowych, co ma na celu pomóc rozróżnić geny między MHC-Ia, a MHC-Ib. Było to możliwe dzięki badaniom, które określiły pozycje 9 aminokwasów silnie zakonserwowanych w toku ewolucji w białkach MHC I u innych organizmów. Co więcej, w celu lepszego poznania architektury genomowej regionu MHC, geny zostały zmapowane na chromosomy.Analiza ujawniła, iż wielość genów MHC-Ib jest charakterystyczna jedynie dla rodzaju Xenopus, jednocześnie wszystkie z badanych płazów bezogonowych posiadają zarówno geny MHC-Ib, jak i MHC-Ia. Możliwym jest, że u pozostałych gatunków działają inne mechanizmy broniące płazy bezogonowe przed groźnymi patogenami środowiskowymi.

Major Histocompatibility Complex (MHC) genes encode the proteins that play a crucial role in pathogens recognition. Studies on the genus Xenopus indicate for adaptive immunity the key role might be played by the non-classic MHC class I genes and closely related T lymphocytes. Until now, the MHC region was investigated in Xenopus family. It is well known that it possess one classical MHC class I (MHC-Ia) locus and plenty of non- classical MHC class I (MHC-Ib) genes.The main aim of the study was to check whether the frogs other than Xenopus have multiple MHC-Ib genes. Paper focuses also on count of MHC-Ia genes and the differences in genomic architecture of MHC region among frogs. The analysis was based on screening the genomic annotation of proteins from high quality genomes of frogs for MHC I proteins based on the amino acid sequence of the MHC-Ia and MHC-Ib genes derived from X. laevis and the sequence of the human HLA-A protein. In order that get familiar with the evolution of those proteins, the obtained sequences were used to construct a phylogenetic tree. In addition, the degree of conservation of the protein sequences was determined, with the purpose to distinguish genes between MHC-Ia and MHC-Ib. This was possible thanks to studies that have identified the positions of 9 amino acids highly conserved during evolution in MHC I proteins in other organisms. Moreover, in order that better understand the genomic architecture of the MHC region, genes were mapped to chromosomes.The analysis revealed that the multiplicity of MHC-Ib genes is characteristic only for the genus Xenopus, However, all of the tested frogs have both the MHC-Ib and MHC-Ia genes. It is possible that other species have other mechanisms to protect frogs against dangerous environmental pathogens.