НаверхСуперспособности в наших генах: почему мы можем впадать в спячку как медведи?
Гены спячки – ключ к бессмертию? Учёные нашли способ замедлить метаболизм, как у медведей!
У впадающих в спячку млекопитающих есть особые гены, которые регулируют их метаболизм, когда они переходят в это уникальное состояние с низким уровнем энергии. У людей тоже есть такая ДНК, связанная со спячкой.
По словам учёных, предварительные исследования показывают, что использование этой конкретной ДНК может помочь в лечении заболеваний у людей.
Спячка даёт «целый набор различных биометрически важных суперспособностей», — рассказал Live Science старший автор исследования Кристофер Грегг, профессор генетики человека в Университете Юты.
Например, у сусликов может развиться обратимая инсулинорезистентность, которая помогает им быстро набирать вес перед зимней спячкой, но начинает ослабевать по мере наступления спячки. Более глубокое понимание того, как у животных, впадающих в спячку, срабатывает этот механизм, может быть полезным для борьбы с инсулинорезистентностью, характерной для диабета 2-го типа, предположил Грегг.
Впадающие в спячку животные также защищают свою нервную систему от повреждений, которые могут быть вызваны резкими изменениями кровотока. «Когда они выходят из спячки, их мозг снова наполняется кровью, — говорит Грегг. — Часто это приводит к серьёзным повреждениям, таким как инсульт, но они научились предотвращать такие повреждения».
Грегг и его коллеги считают, что активация генов, связанных с зимней спячкой, у людей может дать аналогичные преимущества.
По теме: Лучшая в истории карта генома человека проливает свет на «прыгающие гены», «мусорную ДНК» и многое другое
«Центр» генов, отвечающих за спячку
В двух исследованиях, опубликованных в четверг (31 июля) в журнале Science, Грегг и его команда выявили ключевые рычаги, контролирующие гены, связанные с зимней спячкой, и показали, как они отличаются у животных, впадающих в спячку, и у тех, кто этого не делает. Затем в ходе лабораторных экспериментов они изучили последствия удаления этих рычагов у лабораторных мышей.
Хотя мыши не впадают в спячку, они могут впадать в оцепенение — состояние, при котором замедляется обмен веществ, снижается двигательная активность и температура тела. Обычно это состояние длится менее суток и наступает после голодания в течение как минимум шести часов. Это делает мышей подходящей генетической моделью для изучения подобных эффектов.
Используя метод редактирования генов CRISPR, учёные вывели мышей с одним из пяти консервативных некодирующих цис-элементов (CRE), деактивированных или «выключенных». Эти CRE служат рычагами для управления генами, которые, в свою очередь, кодируют белки, выполняющие биологические функции.
CRE, на которые направлено исследование, расположены рядом с кластером генов под названием «локус, связанный с жировой массой и ожирением», или локус FTO, который также встречается у людей. Варианты генов, обнаруженные в этом кластере, связаны с повышенным риском ожирения и сопутствующих заболеваний. В целом известно, что локус FTO играет важную роль в контроле метаболизма, расхода энергии и массы тела.
Удалив CRE, исследователи смогли изменить вес мышей, скорость их метаболизма и пищевое поведение. Некоторые удаления ускоряли или замедляли набор веса, другие повышали или понижали скорость метаболизма, а некоторые влияли на то, как быстро температура тела мышей восстанавливалась после оцепенения, говорится в заявлении исследователей.
Это открытие «весьма многообещающее», особенно с учётом того, что локус FTO играет известную роль в развитии ожирения у людей, Келли Дрю, специалист по биологии спячки из Университета Аляски в Фэрбенксе, сообщила Live Science в электронном письме.
Удаление одного CRE-элемента, называемого E1, у самок мышей привело к тому, что они набирали больше веса при диете с высоким содержанием жиров, чем мыши из контрольной группы, у которых вся ДНК была в порядке. Удаление другого CRE-элемента, называемого E3, изменило пищевое поведение как самцов, так и самок мышей, в частности то, как они искали спрятанную в лабиринте еду.
«Это говорит о том, что между животными, впадающими в спячку, и теми, кто этого не делает, могут существовать важные различия в процессах поиска пищи и принятия решений, и выявленные нами элементы могут быть связаны с этим», — сказал Грегг.
Неизвестные, к которым нужно обратиться
По словам авторов исследования, их результаты могут быть применимы к людям, поскольку основные гены у млекопитающих не сильно отличаются. «То, как [млекопитающие] включают и выключают эти гены в разное время, на разные промежутки времени и в разных комбинациях, формирует разные виды», — сказал Грегг.
Однако «это определённо не так просто, как внести те же изменения в ДНК человека», — сообщила Live Science в электронном письме Джоанна Келли, профессор, специализирующаяся на функциональной геномике в Калифорнийском университете в Санта-Крузе. «Люди не способны впадать в оцепенение, вызванное голоданием, поэтому в этих исследованиях используются мыши», — сказала Келли, которая не принимала участия в работе.
Она предположила, что в будущих исследованиях следует включить животных, неспособных впадать в оцепенение, и сосредоточиться на выявлении всех последующих эффектов удалённых CRE. Текущее исследование «определённо указывает на новое направление» в понимании учёными генетических механизмов, управляющих изменениями у животных, впадающих в спячку в течение года, добавила она.
Дрю также подчеркнул, что оцепенение у мышей вызывается голоданием, в то время как настоящая спячка вызывается гормональными и сезонными изменениями и внутренними часами. Таким образом, хотя CRE и гены, выявленные в ходе исследования, вероятно, являются важнейшими компонентами метаболического «набора инструментов», реагирующего на голодание, они могут не быть «главным выключателем», который включает или выключает спячку.
«Тем не менее, выявление этих фундаментальных механизмов на такой удобной модели, как мышь, является бесценным подспорьем для будущих исследований», — сказал Дрю.
Грегг подчеркнул, что многое ещё предстоит выяснить, в том числе почему последствия некоторых делеций у самок мышей отличаются от последствий у самцов и как изменения в пищевом поведении мышей могут проявляться у людей. Команда также планирует изучить, что произойдёт, если у мышей удалить сразу несколько CRE, связанных с зимней спячкой.
В перспективе, по мнению Грегга, можно будет корректировать активность «генов спячки» у людей с помощью лекарств. По его словам, идея заключается в том, что такой подход позволит использовать преимущества этой активности генов, например нейропротекцию, без необходимости впадать в спячку.
