Ученые из Новосибирска определили гены терморегуляции человека

Исследование показало, какие гены и регуляторные белки являются ключевыми для адаптации к холоду и жаре. Эти данные могут использоваться как в медицине, так и в селекции животных.

Ученые Института цитологии и генетики СО РАН создали первую комплексную базу знаний, объединяющую все известные гены, белки и микроРНК, участвующие в системе терморегуляции человека. Ресурс получил название Termo_Reg_Human 1.0 и находится в открытом доступе. Анализ связей между элементами генной сети, объединяющей эти объекты, позволяет выявлять ключевые «узлы» терморегуляции — молекулярные механизмы, от которых в наибольшей степени зависит способность организма адаптироваться к холоду и жаре.

Терморегуляция — одна из базовых функций организма теплокровных животных. Она обеспечивает поддержание стабильной температуры тела при изменениях внешней среды и опирается на работу сразу нескольких систем — нервной, эндокринной, сердечно-сосудистой, дыхательной и мышечной. По словам исследователей, именно поэтому понять терморегуляцию «по одному гену» невозможно — речь идет о сложной сети из сотен взаимодействующих молекул.

В созданной базе знаний описаны 469 генов, 473 белка и 265 микроРНК, значимых для терморегуляции человека, а также связи между ними и их эволюционные характеристики.

Для анализа использовалась разработанная ранее сотрудниками ИЦиГ СО РАН программная платформа ANDSystem (Associative Network Discovery System), которая автоматически анализирует тексты научных публикаций, патентов и баз данных, извлекая из них факты о взаимодействии генов, белков, заболеваний и лекарств. Все найденные связи отображаются на экране компьютера в составе генной сети, сгенерированной специальным программным модулем системы ANDSystem. В дальнейшем такие сети можно анализировать и редактировать.

Как пояснила старший научный сотрудник ИЦиГ СО РАН, к.б.н. Елена Игнатьева, ключевым результатом работы стала не просто систематизация данных, а их функциональный анализ. «Мы расставили приоритеты внутри этой сети и показали, какие гены, белки и микроРНК играют наиболее важную роль. Это особенно важно для прикладных задач, например, при поиске генов-кандидатов, связанных со способностью адаптации к холоду или жаре», — отметила она.

В результате анализа были выявлены четыре гена, пять белков и две микро-РНК, имеющие наибольшее число связей в генной сети. Такие элементы можно рассматривать как «центры управления» терморегуляцией: воздействие на них потенциально дает наибольший эффект.

По словам ведущего научного сотрудника ИЦиГ СО РАН, к.б.н. Николая Юдина, терморегуляция относится к так называемым количественным признакам, которые всегда контролируются множеством генов.

«У сложных признаков никогда нет одного «главного» гена. Мы нашли так называемые гены-хабы — регуляторы, которые контролируют сразу большое количество других генов терморегуляции. Именно с них логично начинать любое воздействие», — пояснил он.

Созданная база знаний имеет широкие перспективы практического применения. В медицине она может быть полезна для оценки индивидуальной способности человека адаптироваться к экстремальным климатическим условиям, например, при работе в Арктике или регионах с жарким, засушливым климатом. В животноводстве – для селекции пород, более устойчивых к жаре или холоду, что особенно актуально на фоне климатических изменений.

Исследователи подчеркивают, пишет пресс-служба Института цитологии и генетики СО РАН, что у млекопитающих система терморегуляции имеет древнее эволюционное происхождение, а многие гены в ней сходны у человека и сельскохозяйственных животных. Это и делает результаты работы универсальными и востребованными сразу в нескольких областях, от фундаментальной биологии до прикладной селекции.