Исследование выявило причину, по которой голые землекопы не чувствуют боли
Голый землекоп — африканский грызун с уникальными способностями: он живет до 32 лет, устойчив к раку и невосприимчив к некоторым типам боли.
Новое исследование, опубликованное 11 октября в Cell Reports, определило эволюционное изменение, сделавшее голого землекопа нечувствительным к боли.
«Мы считаем, что эволюция отобрала эту тонкую настройку — достаточно значительную, чтобы болевая сигнализация перестала функционировать, но не настолько сильную, чтобы представлять опасность для животного», — говорит ведущий автор Гэри Р. Левин, профессор Центра молекулярной медицины Макса Дельбрюка в Берлине.
Представьте жгучую боль при входе в горячую ванну с сильным солнечным ожогом. Голого землекопа это не побеспокоит, в то время как большинство животных ощутило бы тепловую гипералгезию. Ученые выяснили, что происходит на клеточном уровне.
При высокой температуре и воспалении вокруг сенсорных нейронов молекулы фактора роста нервов (NGF) связываются с рецептором TrkA. Это запускает каскад химических сигналов, которые «сенсибилизируют» ионный канал TRPV1 на поверхности нейрона, заставляя его открыться. Открытие TRPV1 приводит к возбуждению сенсорного нерва, который сообщает мозгу о боли при обычно безболезненных температурах.
В ходе более десятка экспериментов Левин и коллеги обнаружили ключевое отличие голого землекопа — небольшую мутацию в его рецепторе TrkA.
- Если заменить каналы TRPV1 в клетке мыши на версию от землекопа, тепловая гипералгезия возникала нормально.
- Но если в клетке был обычный крысиный TRPV1 и рецептор TrkA землекопа, клетка не могла ощущать тепловую гипералгезию.
Сравнение гена рецептора TrkA землекопа с генами 26 других млекопитающих и пяти видов африканских землекопов показало замену всего от одного до трех аминокислот в одном участке рецептора, что сделало его менее чувствительным.
«Хотя версия рецептора TrkA у голого землекопа почти идентична мышиной или крысиной, она очень существенно влияет на способность животного чувствовать боль», — отмечает Левин.
Дальнейшие эксперименты показали, что эта мутация не сделала рецептор TrkA нефункциональным, а лишь гипофункциональным. Он мог реагировать как у других животных, но только при воздействии десятикратной нормальной концентрации NGF.
Эта разница между гипофункциональным и нефункциональным рецептором может объяснить, почему землекопы выживают без типичной нейродегенерации, которая встречается у животных с мутациями, полностью отключающими сигнализацию NGF. Ранее было показано, что развивающимся эмбрионам нужна сигнализация NGF для формирования нормальной болевой системы.
Однако новое исследование выявило, что голые землекопы рождаются с примерно тем же количеством болевых рецепторов, что и новорожденные мыши. Но к взрослому возрасту у землекопов этих рецепторов становится на две трети меньше, чем у других млекопитающих. Эволюция, вероятно, отобрала рецептор TrkA, который работает достаточно хорошо для развития эмбриона, но оставляет взрослых особей с меньшим числом нервных рецепторов и частично нечувствительными к боли.
Потеря тепловой гипералгезии может помогать землекопам выживать в их тесных подземных колониях, где от близкого контакта становится жарко, а повышенная чувствительность к теплу была бы помехой. Также возможно, что потеря сенсорных нейронов у взрослых особей помогает экономить энергию.
«Они живут под землей в пустынных регионах и много работают, чтобы добыть пищу, — говорит Левин. — У них самый низкий уровень метаболизма среди млекопитающих. Эволюция отключила всё, что не является абсолютно необходимым, включая лишние нервные рецепторы».
Левин и его коллеги планируют дальнейшие исследования на мышах, выведенных с уникальным рецептором TrkA голого землекопа.
«Мы надеемся увидеть, что у этих модифицированных мышей проявятся многие уникальные черты голых землекопов», — заключает Левин.