Большинство мелких млекопитающих зимой впадают в спячку или мигрируют. Но не таковы землеройки – они остаются активными всю зиму. За это им приходится платить снижением не только объема тела и мозга, но и продолжительности жизни. Исследования этих процессов на генетическом уровне могут помочь понять и, возможно, контролировать некоторые возрастные изменения человека
Землеройки (сем. Soricidae) – одни из самых мелких представителей млекопитающих – внешне похожи на мышей, от которых их легко отличить по довольно крупной голове с вытянутым «хоботком». Эти широко распространенные животные, от крошечной бурозубки весом в пару граммов до 70-граммовой гигантской белозубки, считаются всеядными, при этом их основной пищей являются насекомые и дождевые черви.
Несмотря на свою миниатюрность, землеройки приобрели репутацию свирепых хищников, но в этом нет их вины. Из-за «невыгодного» соотношения поверхности и объема тела эти теплокровные животные имеют высокие энергетические потребности и очень активный метаболизм, из-за чего большую часть своей жизни тратят на добычу пищи.
У землероек есть удивительная и редкая способность, получившая название феномен Денеля. Осенью, перед зимовкой, размеры их тела и мозга существенно уменьшаются, а весной вновь восстанавливаются, что позволяет им экономить энергию в условиях низких температур и нехватки пищи. К примеру, обыкновенная бурозубка (Sorex araneus), родившаяся весной, теряет к зиме до 18% массы тела, 20% объема черепа и 26% массы мозга. В период размножения эти показатели восстанавливаются до нормы, однако вскоре животное гибнет, так как продолжительность жизни землероек не превышает полтора года.
Сохраняя активность на фоне дефицита пищи зимой, землеройки должны эффективно регулировать пищевое поведение и энергетический гомеостаз. Чтобы понять, как им это удается, ученые исследовали активность генов в тканях гипоталамуса бурозубки в разные времена года и сравнили с аналогичными показателями для других видов млекопитающих, включая человека. Эта область мозга, являющаяся центром поддержания энергетического баланса и в целом гомеостаза организма, подвержена у землероек наиболее сильным изменениям в годовом цикле.
Результаты исследования подтвердили, что гены, связанные с энергетическим гомеостазом, у бурозубки действительно подвержены сезонным изменениям, и их активация лежит в русле адаптации к условиям внешней среды.
У этой землеройки специфично актировались и гены, связанные с работой гематоэнцефалического барьера, который регулирует поступление в мозг химических соединений, в том числе токсических. А также гены, участвующие в процессах кальциевой сигнализации, которая используется для управления внутриклеточными процессами, – обычной формы коммуникации нейронов. Активация этих генов может отражать усиление потока информации об окружающей среде.
Сезонные изменения оказались характерны и для работы генов, участвующих в регуляции апоптоза (запрограммированной гибели клеток), что может быть связано с уменьшением и последующим восстановлением объема мозга.
С практической точки зрения для нас могут оказаться важными наблюдения о сезонном изменении генов, которые участвуют в развитии и прогрессировании неврологических и метаболических расстройств у человека. Например, гена CCDC22, ошибки в работе которого ведут к повышению в нервных клетках степени агрегации (слипания) белков – типичному явлению при таких заболеваниях, как боковой амиотрофический склероз, болезни Альцгеймера и Паркинсона. У бурозубок после зимы активность этого гена в 7 раз выше, чем у других млекопитающих, и это может способствовать мозгу успешно восстановиться.
Как известно, размер тела, уровень метаболизма и продолжительность жизни – неразрывно связанные факторы, влияющие на продолжительность жизни. У землероек жизнь коротка, но изучая процессы, происходящие в их мозге, мы узнаем, каким образом его размер может уменьшаться и вновь увеличиваться.
У людей объем мозга достигает максимума примерно к 40 годам, после чего начинает уменьшаться. Возможно, что знания, полученные при изучении крошечных насекомоядных хищников, помогут в разработке стратегии по обращению вспять подобных возрастных изменений у человека. А гены, работа которых у бурозубок связана с изменениями размера тела, могут стать кандидатными мишенями для терапии некоторых заболеваний.
Публикации по теме:
Депрессия и нейродегенерация: новые стратегии диагностики и терапии
Апоптоз: заказное самоубийство
Смерть ради жизни, или Терапевтический потенциал «клеточного самоубийства»
Фото: https://www.flickr.com