Исследователиобнаружили важные регуляторные элементы, которые позволяют млекопитающим в спячке управлять своим метаболизмом. По их мнению, те же самые гены присутствуют и у человека — и они потенциально могут приносить ему пользу.
Животные, впадающие в состояние спячки, используют специфические гены, способствующие метаболической адаптации в условиях снижения активности и энергозатрат. Эти же участки ДНК присутствуют в человеческом геноме и, как считают ученые, могут быть задействованы в медицинских целях.
«Спячка открывает доступ к целому спектру физиологических способностей, крайне важных с точки зрения биомедицины», — отметил Кристофер Грегг, профессор генетики человека из Университета Юты, в интервью Live Science.
Так, например, суслики способны временно развивать устойчивость к инсулину, что помогает им стремительно накапливать жировые запасы перед спячкой, но по мере ее наступления этот эффект исчезает. Грегг предположил, что изучение таких механизмов у животных может помочь в лечении инсулинорезистентности, характерной для диабета 2 типа.
Кроме того, млекопитающие, впадающие в спячку, умеют защищать мозг от повреждений, которые могут быть вызваны внезапным возобновлением кровотока. «Когда они пробуждаются, кровь снова поступает в мозг, — объяснил Грегг. — В обычной ситуации это может вызвать тяжелые последствия, такие как инсульт, но у них есть способы избежать этого».
Исследователи предполагают, что задействование таких же генов у человека может обеспечить схожие защитные эффекты.
В двух работах, опубликованных 31 июля в журнале Science, команда Грегга описывает, как им удалось идентифицировать механизмы, управляющие генами спячки, а также выяснить их различия между зимующими и незимующими животными. В лабораторных условиях они провели эксперименты на мышах.
Хотя мыши не зимуют, они могут впадать в торпор — кратковременное состояние с пониженной температурой тела и активностью, которое наступает, например, после шести часов голодания. Это делает их удобной моделью для изучения метаболических переключений.
С применением технологии CRISPR исследователи вывели линии мышей с отключенными (деактивированными) цис-регуляторными некодирующими элементами (CRE) — участками ДНК, влияющими на активность генов. Эти элементы расположены рядом с FTO-локусом, связанным с ожирением и массой тела у человека.
Варианты генов в данном локусе ассоциируются с риском развития ожирения и сопутствующих заболеваний. Он регулирует обмен веществ, энергозатраты и контроль веса.
Модификация CRE позволила ученым изменить массу тела грызунов, скорость их метаболизма и пищевое поведение. Некоторые мутации ускоряли, а другие замедляли набор веса, влияли на метаболизм и даже на скорость восстановления температуры тела после торпора. Об этом сообщается в пресс-релизе исследовательской группы.
Келли Дрю, специалист по биологии спячки из Университета Аляски в Фэрбенксе, отметила в электронном письме Live Science, что полученные результаты «выглядят многообещающими», особенно учитывая роль локуса FTO в человеческом ожирении.
Удаление одного из CRE, обозначенного как E1, у самок мышей вызвало усиленный набор массы при диете с высоким содержанием жира по сравнению с контрольной группой. А выключение другого, E3, повлияло на поведение обоих полов, изменив стратегии поиска пищи в экспериментальных условиях.
«Это может указывать на различия в механизмах добычи пищи и принятии решений между видами, способными к спячке, и теми, кто не обладает такой способностью», — пояснил Грегг.
По словам авторов, генетическая база у всех млекопитающих схожа, что делает эти выводы потенциально релевантными для людей. «Различия между видами определяются тем, как, когда и на сколько активируются или деактивируются определенные гены», — отметил Грегг.
Тем не менее, как уточнила Джоанна Келли, профессор функциональной геномики из Калифорнийского университета в Санта-Крузе, «это не означает, что те же манипуляции можно напрямую применить к человеку». Она подчеркнула, что люди не способны впадать в торпор от голода, поэтому в исследовании использовались мыши.
Келли предложила дополнительно исследовать виды, не впадающие в торпор, и оценить все последствия удаления CRE. По ее словам, текущее исследование «открывает новое направление в понимании генетических основ сезонных изменений».
Дрю также напомнил, что торпор у мышей индуцируется голодом, в то время как настоящая спячка определяется внутренними биоритмами и сезонными изменениями. Таким образом, хотя выявленные CRE играют важную роль в метаболической адаптации, они не обязательно являются «главным переключателем», запускающим спячку.
«Однако обнаружение таких базовых механизмов на модели, удобной для экспериментов, как мышь, чрезвычайно ценно для дальнейших исследований», — подчеркнул Дрю.
Грегг отметил, что многое еще предстоит выяснить, включая различия эффектов между самцами и самками, а также возможные поведенческие параллели у человека. В будущем команда планирует провести эксперименты с одновременным удалением нескольких CRE, связанных со спячкой.
Ученый выразил надежду, что в перспективе будет возможно разрабатывать препараты, которые будут активировать необходимые гены у человека без необходимости вводить его в состояние гибернации. Это может обеспечить, например, нейропротекцию, аналогичную той, что наблюдается у зимующих животных.