"Люди X" в реальности: ученые нашли гены, которые дают дополнительные способности

Американские исследователи обнаружили особые гены у животных, впадающих в спячку, регулирующие их метаболизм и снижающие энергопотребление.

Как утверждают ученые, люди, на самом деле, имеют ту же ДНК и гены, связанные со спячкой. Предыдущие исследования продемонстрировали, что использование этой ДНК может помочь в лечении многих болезней.

«Спячка дает нам целый ряд различных биометрически важных сверхспособностей», — утверждает старший автор исследования, профессор генетики человека в Университете Юты, Кристофер Грегг.

Например, у сусликов может развиться обратимая инсулинорезистентность, что помогает им быстро набирать вес перед спячкой, который затем снижается с ее наступлением. По словам Кристофера Грегга, более глубокое понимание того, как спящие зимой животные переключают этот механизм, может быть полезным для борьбы с инсулинорезистентностью при лечении диабета второго типа. Животные, впадающие в спячку, защищают свою нервную систему от повреждений, которые могут быть спровоцированы резкими перепадами кровотока.

«Когда они выходят из спячки, их мозг снова наполняется кровью. Часто это приводит к серьезным последствиям, например, к инсульту, но они разработали способы предотвращения таких повреждений», — отмечает Кристофер Грегг.

По мнению Кристофера Грегга и его коллег, использование генов, связанных со спячкой, может предоставить людям аналогичные преимущества. По результатам двух исследований Грегг и команда его исследователей обнаружили ключевые механизмы, контролирующие гены, связанные со спячкой. Они показали, чем эти гены отличаются у животных, впадающих в спячку, по сравнению с животными, которые не впадают.

В серии лабораторных экспериментов исследователи также изучили последствия удаления этих генов у мышей. Хотя мыши не впадают в спячку, они могут входить в определенное летаргическое состояние с пониженным метаболизмом, подвижностью и температурой тела. Обычно это состояние длится не более суток и после голодания не менее 6 часов.

С помощью технологии редактирования генов CRISPR ученые создали мышей с отключенным одним из пяти консервативных некодирующих цис-элементов (CRE), которые действуют подобно рычагам управления генами, кодирующими белки, выполняющие биологические функции. CRE, которые были предметом исследования, расположены вблизи кластера генов, называемого «локусом», связанным с жировой массой и ожирением, или локусом FTO, который также встречается у человека.

Генные варианты, обнаруженные в этом кластере, связаны с повышенным риском ожирения и связанных с ним состояний. В целом известно, что локус FTO важен для регуляции метаболизма, затрат энергии и массы тела.

Активировав CRE, исследователи смогли изменить вес мышей, скорость метаболизма и пищевое поведение. Некоторые делеции — структурные мутации, при которых удаляется часть хромосомы или последовательность ДНК, ускоряли или замедляли набор веса, другие ускоряли или замедляли метаболизм, некоторые при этом влияли на скорость восстановления температуры тела грызунов после летаргического состояния.

Удаление одного CRE, называемого E1, у самок мышей привело к тому, что они стали набирать больше веса на диете с высоким содержанием жиров, чем контрольная группа с полностью сохраненной ДНК. Удаление другого CRE, называемого E3, изменило поведение самцов во время добывания пищи.

«Это говорит о том, что между животными, впадающими в спячку и не впадающими в спячку, могут существовать важные различия в процессах поиска пищи и принятия решений, и обнаруженные нами элементы могут быть задействованы», — объясняет профессор Кристофер Грегг.

Авторы исследования убеждают, что полученные результаты могут быть актуальными для людей, поскольку человеческие базовые гены мало чем отличаются от генов животных. Кристофер Грегг отмечает, что именно то, как животные активируют и деактивируют эти гены в разное время и на разную продолжительность, в разных сочетаниях, формирует различные виды.

По словам профессора, специализирующегося на функциональной геномике в Калифорнийском университете в Санта-Крузе, Джоанны Келли, в будущие исследования должны быть включены животные, которые не впадают в спячку. Ученые должны будут сосредоточиться на всех эффектах удаленных CRE.

Специалист по биологии спячки из Университета Аляски в Фербенксе Келли Дрю также отмечает, что ступор у мышей вызывается голоданием, тогда как настоящая гибернация регулируется гормональными и сезонными изменениями, а также внутренними часами. Таким образом, хотя CRE и гены, обнаруженные в исследовании, вероятно, являются критически важными компонентами метаболического «инструментария», реагирующего на голодание, они могут не быть «главным переключателем», включающим или выключающим глубокий сон.

По словам Кристофера Грегга, остается еще много вопросов. Например, почему эффекты некоторых делеций различаются у самок и самцов мышей, и как изменения в поведении при поиске пищи, наблюдаемые у мышей, могут проявиться у людей.

Команда также планирует исследовать, что произойдет, если одновременно удалить мыши более одного CRE, связанного с глубоким сном. Грегг считает, что в перспективе можно будет с помощью лекарств влиять на активность генов, которые отвечают за глубокий сон у человека. Идея заключается в том, что такой подход позволит использовать преимущества активности этих генов, например нейропротекцию, без необходимости для пациентов впадать в глубокий сон.