Как арктические суслики регулируют гены во время спячки

Арктический суслик (Urocitellus parryii) — рекордсмен по энергосбережению: он может снизить уровень метаболизма до 1–2% от нормы. Во время зимней спячки, длящейся до восьми месяцев, температура его тела падает с 37°C до –3°C, а сердце бьётся всего раз в минуту. Это делает его идеальным объектом для изучения молекулярных механизмов гибернации.

Учёные из Института арктической биологии в Фэрбенксе (Аляска) и Партнёрского института Общества Макса Планка и Китайской академии наук в Шанхае исследовали, какие гены активируются или "замолкают" у сусликов во время спячки.

Изменения в белках и генах

• Анализ с помощью масс-спектрометрии выявил в печени сусликов более 3000 белков. Производство около 500 из них увеличивается или уменьшается зимой.
• Во время спячки становится меньше белков, расщепляющих углеводы и синтезирующих жирные кислоты, но больше белков для расщепления жирных кислот. Это позволяет животным эффективно использовать жировые запасы.
• Исследователи обнаружили, что активность гена (уровень мРНК) не всегда коррелирует с количеством соответствующего белка. Это указывает на дополнительные механизмы регуляции.

Роль микроРНК

• Учёные детально изучили микроРНК (miRNAs) — короткие молекулы (19–25 пар оснований), которые могут блокировать мРНК и, следовательно, синтез белка.
• В печени арктического суслика обнаружено более 200 miRNAs, 18 из которых были неизвестны науке.
• Уровень многих miRNAs меняется в зависимости от фазы спячки или бодрствования. Некоторые из этих молекул, как показал анализ, контролируют рост клеток. Учёные предполагают, что таким образом животные могут предотвращать образование опухолей во время гибернации.

Генетическая "подпись" спячки

• Исследователи составили комплексный генетический профиль спячки, выявив около 500 активированных в этот период генов — "генетическую подпись гибернации".
• Сравнение с активностью генов у мышей в состояниях голодания, недосыпа и сосудистых нарушений показало частичное совпадение профилей.
• Например, при ограничении калорий (10–40% от нормы) мыши включали или выключали некоторые из тех же генов, что и суслики в спячке (активация генов синтеза глюкозы, подавление генов синтеза жирных кислот). В этом изменении жирового обмена, вероятно, участвует транскрипционный фактор PPARα.
• Важное отличие: у сусликов во время спячки остаются активными гены, маркирующие белки убиквитином для последующего разрушения. У мышей при недостатке кислорода эти гены значительно менее активны.

Значение для медицины

Спячка арктического суслика представляет интерес не только для зоологии. Понимание того, как эти животные без вреда переносят длительное отсутствие пищи, экстремально низкую температуру тела, ограниченное кровоснабжение и снабжение кислородом, может в будущем помочь в разработке новых методов лечения сердечно-сосудистых заболеваний, остановок сердца и инсультов у людей.