Лошади на протяжении тысячелетий были незаменимыми спутниками человека — от вьючных животных до элитных скакунов. Их невероятная выносливость и способность к интенсивным нагрузкам объясняются особым устройством организма. Новое исследование, опубликованное в журнале Science, раскрывает секрет их атлетизма: мутация в гене KEAP1, возникшая более 5000 лет назад у предков современных лошадей, ослов и зебр (рода Equus). Эта мутация помогает им справляться с окислительным стрессом и производить больше энергии.
Окислительный стресс — это состояние, когда в организме накапливаются вредные молекулы, называемые свободными радикалами. Они образуются, когда клетки активно работают, например, во время бега, и могут повреждать ткани, словно ржавчина разъедает металл. У лошадей такой стресс возникает из-за их мощных мышц, полных митохондрий — «электростанций» клеток, которые производят энергию, сжигая кислород.
Представьте митохондрии как двигатели автомобиля. Чем быстрее они работают, тем больше энергии дают, но и тем больше «выхлопных газов» (свободных радикалов) выделяют. Лошадям нужен способ очищать эти «газы», чтобы не задохнуться.
Как работает мутация в гене KEAP1?
Ген KEAP1 регулирует уровень окислительного стресса. У лошадей в этом гене обнаружена необычная мутация — преждевременный стоп-кодон (R15X). Обычно такой «стоп» в ДНК действует как красный свет: он останавливает производство белка. Но у лошадей этот «красный свет» превращается в «зеленый»: стоп-кодон перекодируется в аминокислоту цистеин (R15C). Это делает белок KEAP1 более чувствительным к окислительному стрессу.
Измененный KEAP1 активирует другой белок — NRF2, который усиливает работу митохондрий и запускает производство антиоксидантов, нейтрализующих свободные радикалы. В итоге лошади получают больше энергии и меньше повреждений.
Почему лошади такие выносливые?
Митохондрии лошадей потребляют кислород в огромных количествах — почти в три раза больше, чем у элитных спортсменов-людей, если учитывать массу тела. Это позволяет их мышцам работать на пределе. Мутация в KEAP1 усиливает митохондриальное дыхание (производство энергии) и одновременно снижает окислительный стресс. Именно поэтому лошади могут бежать быстрее и дольше, чем многие другие животные.
По словам исследователей, это эволюционное чудо: мутация, которая обычно считается ошибкой, стала для лошадей преимуществом. Она возникла у общего предка Equus и сохранилась у всех современных непарнокопытных.
Это показывает, как эволюция решает сложные задачи. Перекодирование стоп-кодона — редкий трюк, который раньше считался типичным только для вирусов, а не для позвоночных.
Интересный факт: Мутация появилась задолго до одомашнивания лошадей, когда их предки эволюционировали от маленьких животных размером с собаку до крупных особей.
Открытие может вдохновить ученых на разработку методов лечения болезней, связанных с окислительным стрессом, например, хронических заболеваний легких (эмфиземы). Если понять, как лошади «чинят» свои клетки, это поможет людям. Возможно, в будущем мы научимся у лошадей, как справляться с собственными «выхлопными газами» в клетках.
Доисторические волки могли превратиться в собак добровольно: новая гипотеза