Advanced

MHC diversity in house sparrow Passer domesticus in relation to pathogen diversity

Hultman Skogsmyr, Kelly (2019) BION03 20182
Degree Projects in Biology
Abstract
The major histocompatibility complex (MHC) is important for adaptive immunity where the MHC molecules bind and present peptides from pathogens to T cells. The peptide binding repertoire of an individual’s MHC molecules determines what pathogens can be recognised by the immune system, and the MHC peptide binding repertoire is therefore under strong selection from pathogens. Parasite and pathogen diversity are known to increase with a decrease in latitude, and this change in pathogen community composition should hence affect the MHC repertoire of the host species. Here, I compare the diversity and divergence of both classical and non-classical MHC class I alleles between four European populations of house sparrows Passer domesticus across a... (More)
The major histocompatibility complex (MHC) is important for adaptive immunity where the MHC molecules bind and present peptides from pathogens to T cells. The peptide binding repertoire of an individual’s MHC molecules determines what pathogens can be recognised by the immune system, and the MHC peptide binding repertoire is therefore under strong selection from pathogens. Parasite and pathogen diversity are known to increase with a decrease in latitude, and this change in pathogen community composition should hence affect the MHC repertoire of the host species. Here, I compare the diversity and divergence of both classical and non-classical MHC class I alleles between four European populations of house sparrows Passer domesticus across a latitudinal gradient, from Spain in the south, through Bulgaria and Poland, to Sweden in the north. I also look at the relationship between MHC diversity/divergence and infection status of three genera of avian malaria parasites (Plasmodium, Haemoproteus and Leucocytozoon). I found that in general, the MHC class I diversity and divergence in the four populations are very similar, while there is a large difference in patterns of selection between classical and non-classical alleles. I only found few associations between parasite infection status and MHC, and only for Plasmodium infections. Despite the considerable population differences in avian malaria infection status the classical MHC class I alleles seem to be under very similar selection, and infection status of avian malaria is unlikely to be explained by MHC class I diversity/divergence in house sparrows in Europe. (Less)
Popular Abstract (Swedish)
Påverkar antalet patogener variationen hos immungener?

Hur många olika patogener (sjukdomsframkallande organismer) ens immunsystem kan bekämpa beror delvis på hur hög s.k. MHC-diversitet man har (MHC = Major Histocompatibility Complex). Populationer med hög patogenbelastning förväntas ha en högre MHC-diversitet än populationer med lägre patogenbelastning. Klimat-förändringarna förväntas leda till högre patogenbelastning eftersom många patogener ökar sitt utbredningsområde när temperaturen stiger. Populationer som idag har låg patogenbelastning riskerar då att inte ha tillräckligt hög MHC-diversitet för att överleva en snabb ökning av sjukdomsframkallande organismer.

För att immunsystemet ska kunna attackera en patogen som har... (More)
Påverkar antalet patogener variationen hos immungener?

Hur många olika patogener (sjukdomsframkallande organismer) ens immunsystem kan bekämpa beror delvis på hur hög s.k. MHC-diversitet man har (MHC = Major Histocompatibility Complex). Populationer med hög patogenbelastning förväntas ha en högre MHC-diversitet än populationer med lägre patogenbelastning. Klimat-förändringarna förväntas leda till högre patogenbelastning eftersom många patogener ökar sitt utbredningsområde när temperaturen stiger. Populationer som idag har låg patogenbelastning riskerar då att inte ha tillräckligt hög MHC-diversitet för att överleva en snabb ökning av sjukdomsframkallande organismer.

För att immunsystemet ska kunna attackera en patogen som har infekterat kroppen behöver det hitta en peptid (proteinfragment) från patogenen. MHC-molekylernas funktion är att presentera dessa. Varje MHC-molekyl kan binda och presentera flera olika, men inte alla, peptider. Ju fler olika MHC-molekyler (högre MHC-diversitet) man har, desto fler typer av peptider kan visas och därmed attackeras av immunsystemet. MHC-diversiteten ökar när en individ har flera kopior av sina MHC-gener, och därmed även fler alleler (genvarianter, som kodar för olika MHC-molekyler med skillnader i vilka peptider de kan binda).

Ju högre MHC-diversitet, desto fler sjukdomar är man resistent mot. Men när MHC-diversiteten ökar så ökar även risken för autoimmuna sjukdomar, ett exempel är när en MHC-molekyl presenterar en peptid från en av kroppens egna, friska celler och immun-systemet börjar attackera dessa celler. Så MHC-diversitet är under selektion från två olika håll: patogener selekterar för hög diversitet och autoimmunitet selekterar för låg diversitet.

Ju fler olika patogener individerna i en population utsätts för, desto starkare är selektionstrycket och desto högre MHC-diversitet kan man förvänta sig i populationen. För att testa detta undersökte jag MHC-diversitet i fyra gråsparvspopulationer (från Spanien, Bulgarien, Polen och Sverige) med olika hög grad av infektion av malariaparasiter. I de två populationerna som hade lägst infektionsgrad (Bulgarien och Sverige) fanns det inget samband mellan MHC-diversitet och infektionsstatus. I den polska populationen, däremot, så var hög MHC-diversitet förknippad med minskad malariarisk. I Spanien fanns en trend till samma mönster, men skillnaden mellan infekterade och friska fåglar var inte lika stor som i Polen.

De fyra populationerna hade ungefär samma MHC-diversitet, trots att över 90% av individerna var infekterade i Spanien, och bara runt 10% i Sverige. En förklaring till detta skulle kunna vara att jag tittade på fel grupp av MHC-gener. Olika grupper av MHC-gener hanterar olika typer av patogener, och det är möjligt att de gener jag jämförde här inte är de som är viktigast för försvar mot malaria. En annan förklaring skulle kunna vara att trots att populationerna har lika många alleler i genomet så finns det kanske en skillnad i hur stor andel av dem som faktiskt uttrycks som MHC-molekyler.

Masterprojekt i biologi, 60hp, 2019
Biologiska institutionen, Lunds universitet

Handledare: Helena Westerdahl
MEEL, Biologiska institutionen, Lunds universitet (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
Hultman Skogsmyr, Kelly
supervisor
organization
course
BION03 20182
year
type
H2 - Master's Degree (Two Years)
subject
language
English
id
8990171
date added to LUP
2019-07-05 09:48:10
date last changed
2019-07-05 09:48:10
@misc{8990171,
  abstract     = {The major histocompatibility complex (MHC) is important for adaptive immunity where the MHC molecules bind and present peptides from pathogens to T cells. The peptide binding repertoire of an individual’s MHC molecules determines what pathogens can be recognised by the immune system, and the MHC peptide binding repertoire is therefore under strong selection from pathogens. Parasite and pathogen diversity are known to increase with a decrease in latitude, and this change in pathogen community composition should hence affect the MHC repertoire of the host species. Here, I compare the diversity and divergence of both classical and non-classical MHC class I alleles between four European populations of house sparrows Passer domesticus across a latitudinal gradient, from Spain in the south, through Bulgaria and Poland, to Sweden in the north. I also look at the relationship between MHC diversity/divergence and infection status of three genera of avian malaria parasites (Plasmodium, Haemoproteus and Leucocytozoon). I found that in general, the MHC class I diversity and divergence in the four populations are very similar, while there is a large difference in patterns of selection between classical and non-classical alleles. I only found few associations between parasite infection status and MHC, and only for Plasmodium infections. Despite the considerable population differences in avian malaria infection status the classical MHC class I alleles seem to be under very similar selection, and infection status of avian malaria is unlikely to be explained by MHC class I diversity/divergence in house sparrows in Europe.},
  author       = {Hultman Skogsmyr, Kelly},
  language     = {eng},
  note         = {Student Paper},
  title        = {MHC diversity in house sparrow Passer domesticus in relation to pathogen diversity},
  year         = {2019},
}