Нокаут основного кошачьего аллергена не повредит кошке

Аллергия на кошек весьма распространена — так, в США от нее страдает около 15% населения. Основным аллергеном является белок Fel d 1, вызывающий иммунный ответ IgE у 95% страдающих от аллергии пациентов. Один из предлагаемых подходов к предотвращению аллергии — это удаление гена аллергена у животного при помощи геномного редактирования. Ранее группа ученых из США уже показала, что гены CH1 и CH2, кодирующие две субъединицы белка, можно удалить при помощи CRISPR-Cas9. В новой работе эта же группа проанализировала эволюционную историю и разнообразие этих генов и показали, что их удаление скорее всего не принесет вреда животному.

Функция Fel d 1 до сих пор не выяснена. Выдвинутые предположения включают в себя регуляцию иммунитета, защиту эпителия и даже химическую коммуникацию между кошками.

Авторы секвенировали последовательности CH1 и CH2 для 50 кошек, а также использовали в анализе ранее опубликованные последовательности для 90 особей домашней кошки, 136 диких кошачьих из разных родов (пантеры, калимантанская кошка, каракалы, оцелоты, рыси, пумы, восточные кошки и дикие формы домашней кошки).

Средняя идентичность последовательности составила 97% для CH1 и 94% для CH2. Идентичность белковых последовательностей составила 93% и 86% соответственно. Филогенетический анализ показал, что разнообразие CH1 в высокой степени повторяет деление ветвей кошачьих, в то время как CH2 демонстрирует больше вариативности, особенно у домашних кошек, но все еще сильно ассоциирован с эволюционной историей семейства.

Анализ аминокислотных последовательностей белка выявил высокую степень разнообразия. Наибольшая вариативность наблюдалась в структуре субъединицы 2, а также внутри линии домашних кошек. У домашних кошек 60% изменений включали добавление или удаление аминокислот или изменение заряда или полярности. Для диких кошек это значение составило 49%. При этом во всех видах большинство изменений во второй субъединице приходились на регион белка, участвующий в формировании белка. При этом AlphaFold3 предсказал лишь минимальные изменения в структуре гетеродимера Fel d 1. Консервативыми оказались 59% аминокислотных остатков в первой субъединице и 42% во второй. Также у двух особей наблюдались в моноаллельном состоянии мутации, нарушавшие экспрессию белка (приводящие к образованию стоп-кодона в середине последовательности).

Анализ влияния отбора показал, что для CH1 у 59% диких кошек наблюдается давление положительного отбора (направленного на повышение разнообразия) отбора, еще у 38% — отрицательного (поддерживающего консервативность). В то же время следы положительного отбора для CH2 выявлены в 95% случаев.

Таким образом, работа продемонстрировала высокую степень разнообразия последовательностей CH1 и CH2 — как на нуклеотидном, так и на аминокислотном уровнях. Несмотря на то, что функцию Fel d 1 еще предстоит установить экспериментально, выявленная низкая консервативность кодирующих его генов указывает на то, что она не является критически важной для жизнеспособности и благосостояния кошек. Следовательно, делеция кодирующих его генов при помощи генного редактирования может быть рациональным методом борьбы с аллергией на кошек.