Насекомые и лягушки вырабатывают пептид, имитирующий болевой гормон их хищников

Брадикинин (БК) — короткий пептидный гормон, который у позвоночных расширяет кровеносные сосуды, повышает сосудистую проницаемость и вызывает как острую, так и длительную местную боль. Он высвобождается из белка-предшественника кининогена, кодируемого геном KNG1 в ответ на повреждение тканей. У человека действие БК опосредуется двумя GPCR: рецептором БК B1 (B1R, BDKRB1) и рецептором БК B2 (B2R, BDKRB2). Считается, что БК появились у ранних позвоночных. В ходе эволюции последовательности БК менялись — они различаются у млекопитающих, рептилий и птиц, а также рыб.

Пептиды, похожие на БК, обнаруживаются в яде ос и муравьев (отряд Hymenoptera) и секретах кожи лягушек и жаб (отряд Anura). Международная группа ученых предположила, что БК-подобные пептиды насекомых имеют иное происхождение, чем гормон позвоночных. Они проанализировали экспрессию БК-подобных пептидов в яде насекомых семейств Vespidae, Scoliidae, Pompilidae и Formicidae. Прекурсоры таких пептидов почти не похожи на кининогены позвоночных, но были похожи друг на друга. Авторы предполагают, что пептиды, подобные БК, обнаруженные у насекомых, произошли в результате дупликации и неофункционализации предкового гена ядовитого пептида и не были получены в результате горизонтального переноса генов и/или усечения гена KNG1. Они получили данные, указывающие на множественное независимое происхождение генов, кодирующих БК-подобный пептид, в пределах отряда Hymenoptera.

Многократное появление БК-подобных пептидов в яде у Hymenoptera говорит о селективном давлении, влияющем на адаптивную эволюцию. Считается, что насекомые используют яд для защиты от позвоночных. БК млекопитающих и некоторые БК-подобные пептиды вызывают ноцицепцию и воспаление после подкожного введения у млекопитающих. Так что авторы предположили, что БК-подобные пептиды яда Hymenoptera эволюционировали таким образом, чтобы нацеливаться на БК-рецепторы своих позвоночных хищников, вызывая ноцицепцию в качестве защитного механизма. Действительно, БК-подобные пептиды насекомых активировали протестированные БК-рецепторы (например, человека и сизого голубя Columba livia). Введение БК, а также БК-подобных пептидов насекомых мышам вызывало у тех болевые ощущения и долгую гиперчувствительность к механическим раздражителям.

У некоторых лягушек отряда Anura в секрете кожи находятся БК-подобные пептиды, которые отличаются от их собственных БК. Это наводит на мысль, что они не ортологи KNG1. У представителей отряда Bombina bombina и Rana temporaria гены, кодирующие БК-подобные пептиды кожи, находятся на другой хромосоме, чем KNG1, имеют иную генную структуру и не похожи по последовательности. Между последовательностями генов БК-подобных пептидов B. bombina и R. temporaria было обнаружено незначительное сходство. Возможно, они эволюционировали независимо друг от друга. Причем это могло произойти трижды, по одному разу в каждом семействе отряда.

БК-подобные пептиды кожи амфибий могли активировать БК-рецепторы позвоночных. Например, БК-рецептор B. bombina чувствителен к собственному предполагаемому эндогенному БК, но не к БК-подобным пептидам, обнаруженным в высоких концентрациях на коже этого вида. Те, напротив, являются мощными лигандами БК-рецептора млекопитающих.

Таким образом, БК-подобные пептиды перепончатокрылых и амфибий являются продуктом многократной конвергентной эволюции, обусловленной молекулярной мимикрией. По мнению авторов, при наличии подходящего генетического субстрата и общего экологического давления естественный отбор может приводить к многократной конвергентной эволюции идентичных молекул у отдаленно родственных видов.

Антитела к змеиному яду усиливают его токсичность