У животных, впадающих в спячку, определенные гены замедляют метаболизм для перехода в это уникальное низкоэнергетическое состояние. Есть они и у людей — и, как показало новое исследование, могут помочь в лечении различных заболеваний. Подробности раскрыл Uhealthy.
Спячка дает «целый набор различных биометрически важных сверхспособностей», утверждает генетик Кристофер Грегг из Университета Юты. Например, суслики могут развивать обратимую инсулинорезистентность, которая помогает им быстро набирать вес перед спячкой, но ослабевает с ее началом.
Впадающие в спячку животные защищают свою нервную систему от повреждений, вызванных резкими изменениями кровотока, приводит еще один пример Грегг: «Когда они выходят из спячки, их мозг снова наполняется кровью. Это могло бы привести к серьезным повреждениям, как при инсульте, но они выработали способы предотвратить их».
По его мнению, активация этих генов у человека может дать аналогичные преимущества.
Грегг и его коллеги определили механизмы, контролирующие гены спячки, и показали, чем они отличаются у животных, впадающих в спячку, и тех, кто этого умения лишен; кроме того, они изучили последствия удаления этих генов у лабораторных мышей. Результаты изысканий увидели свет в журнале Science.
Генетически модифицированные мыши
У мышей не бывает спячки, но для таких экспериментов они вполне подходят, потому что могут впадать в оцепенение — вялое состояние со сниженным метаболизмом, подвижностью и температурой тела, которое обычно длится менее суток, — после голодания в течение как минимум шести часов.
С помощью редактора генов CRISPR ученые выращивали мышей с выключенным одним из пяти консервативных некодирующих цис-элементов (CRE), расположенных рядом с «локусом массы тела и ожирения» — кластером генов FTO.
Удаляя CRE, исследователи смогли изменить вес мышей, скорость метаболизма и их пищевое поведение. Определенные удаления ускоряли или замедляли набор веса, другие повышали или снижали метаболизм, а некоторые влияли на скорость восстановления температуры тела мышей после оцепенения.
Это открытие «очень перспективно», особенно учитывая, что локус FTO играет известную роль в ожирении у людей, считает Келли Дрю, специалист по биологии спячки из Аляскинского университета в Фэрбенксе.
Удаление одного CRE — E1 — у самок мышей привело к большему набору веса на высокожировой диете по сравнению с контрольной группой с неизменной ДНК. Удаление другого CRE, E3, изменило пищевое поведение как самцов, так и самок мышей — в частности, повлияв на то, как они искали спрятанную еду.
«Это говорит о том, что между впадающими в спячку и лишенными ее животными возможны глубокие различия в процессах поиска пищи и принятия решений, и обнаруженные нами элементы в этом могут быть задействованы», — объясняет Грегг.
Гены людей примерно такие же
Эти результаты могут быть применимы к людям, поскольку базовые гены у млекопитающих не очень отличаются.
«Разница в том, как [млекопитающие] включают и выключают эти гены в разное время, с разной продолжительностью и в разных комбинациях, что формирует разные виды», — уточняет генетик.
Но это точно не так просто, как «внести те же изменения в ДНК человека», заметила профессор Джоанна Келли из Калифорнийского университета в Санта-Крузе. Вместе с тем, исследование «определенно указывает науке новое направление» в понимании генетического управления изменениями у впадающих в спячку животных в течение года, добавила она.
Надо помнить, что оцепенение у мышей вызывается голоданием, а настоящая спячка — сезонная — запускается гормональными и сезонными изменениями, а также внутренними часами.
«Тем не менее, раскрытие этих фундаментальных механизмов на такой удобной модели, как мышь, — это бесценный шаг для будущих исследований», — подчеркнула Дрю.
Что дальше
Осталось неясным, почему эффекты некоторых удалений различаются у самок и самцов мышей или как изменения в пищевом поведении у мышей могут проявляться у людей. Планируется также выяснить, что будет, если удалить несколько связанных с гибернацией CRE одновременно.
В перспективе станет возможным воздействие на эти гены у человека с помощью лекарств, надеется Грегг. Планы у него и его коллег амбициозные: добиться преимуществ этой генной активности — например, нейропротекции — без необходимости фактически впадать в спячку.
Ученые предположили, что первобытные люди могли впадать зимой в спячку
Как впадающие в спячку суслики обходятся без воды более полугода — и не испытывают жажды
Подписывайтесь и читайте «Науку» в Telegram