Люди — немного мишки. Ген «зимней спячки» изучили ученые

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. Предварительные исследования показывают, что использование этой конкретной ДНК может помочь в лечении заболеваний у людей.

Старший автор исследования Кристофер Грегг (Christopher Gregg), профессор генетики человека в Университете Юты рассказал Live Science, что спячка дает целый набор различных биометрически важных суперспособностей.

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.

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, — сказал Грегг. — Часто это приводит к серьезным 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.

Источник

«Центр» генов, отвечающих за спячку

В двух исследованиях, опубликованных в журнале Science, Грегг и его команда выявили ключевые рычаги, управляющие генами, связанными 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 вялости, при котором замедляются обмен веществ, движения и снижается температура тела. Обычно это состояние длится менее суток — после голодания в течение как минимум шести часов. Это сделало мышей подходящей генетической моделью для изучения этих эффектов.

Используя метод редактирования генов CRISPR, ученые вывели мышей с одним из пяти консервативных некодирующих цис-элементов (CRE), деактивированных или «выключенных». Эти CRE действуют как рычаги управления генами, которые, в свою очередь, кодируют белки, выполняющие биологические функции.
Участки ДНК, 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 связанных с ним заболеваний. В целом известно, что локус FTO важен для контроля метаболизма, расхода энергии и массы тела.

Удалив CRE, исследователи смогли изменить вес мышей, скорость их метаболизма и пищевое поведение. Некоторые делеции (генетические аномалии, при которой участок хромосомы или последовательность ДНК удаляется) ускоряли или замедляли набор веса, другие повышали или понижали скорость метаболизма, а некоторые влияли на то, как быстро температура тела мышей восстанавливалась после оцепенения, как сообщили исследователи в заявлении.

Это открытие является весьма многообещающим, особенно с учетом того, что локус FTO играет известную роль в развитии ожирения у людей.

Удаление одного CRE — под названием E1 — у самок мышей привело к тому, что они набрали больше веса на диете с высоким содержанием жиров, чем контрольная группа, у которой вся ДНК была сохранена. Удаление другого CRE, под названием E3, изменило пищевое поведение как самцов, так и самок мышей, в частности то, как они искали спрятанную в клетке еду

Неизвестные, к которым нужно обратиться

Авторы исследования заявили, что их результаты могут быть применимы к людям, поскольку основные гены у млекопитающих не сильно отличаются.

«Дело в том, что млекопитающие включают и выключают эти гены в разное время, на разный срок и в разных комбинациях, что формирует разные виды», — сказал Грегг.
Однако это определенно не так просто, как внести те же изменения в ДНК человека.

«Люди неспособны впадать в оцепенение, вызванное голоданием, поэтому в этих исследованиях используются мыши», — сказала Джоанна Келли (Joanna Kelley), профессор, специализирующаяся на функциональной геномике в Калифорнийском университете в Санта-Крузе

Она предположила, что в будущих исследованиях следует включить животных, неспособных впадать в оцепенение, и сосредоточиться на выявлении всех последующих эффектов удаленных CRE. По ее словам, текущее исследование определенно указывает на новое направление в понимании учеными генетических механизмов, управляющих изменениями у животных, впадающих в спячку, в течение года.

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 составляющими 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.

Грегг подчеркнул, что многое еще 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 произойдет, 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. Идея заключается в том, что такой подход может обеспечить преимущества, связанные с активностью этих генов, например нейропротекцию, без необходимости впадать в спячку.