Гризли демонстрируют выдающийся контроль генов до и во время спячки
Крупные животные, впадающие в спячку, такие как медведи, адаптировались к метаболическим стрессам, с которыми сталкиваются ежегодно, и научились обращать их вспять, становясь практически невосприимчивыми к негативным последствиям.
Новое генетическое исследование на основе секвенирования РНК, проведенное в Центре исследований, образования и сохранения медведей Университета штата Вашингтон (WSU), показывает, что гризли экспрессируют большее количество генов для подготовки к спячке и во время нее, чем любой другой изученный вид. Это верно даже с поправкой на разный размер выборок в других исследованиях спячки.
Работа была опубликована 13 сентября в журнале Communications Biology (Springer Nature). Ученые WSU взяли биопсию мышечной, печеночной и жировой тканей для исследования.
Уникальность спячки медведей
Во время спячки, длящейся почти пять месяцев, гризли поддерживают лишь слегка пониженную температуру тела, практически не едят, не мочатся и не испражняются. При этом они рожают детенышей и производят молоко, не теряя значительной костной или мышечной массы. Они являются ультимативными рециклерами отходов метаболизма.
Гризли поддерживают почти нормальный уровень глюкозы в крови на протяжении всей спячки, снижая чувствительность к инсулину для сохранения производимой глюкозы. Их сердцебиение замедляется до 5–15 ударов в минуту, а консистенция крови напоминает густой соус. Однако при испуге сердце может разогнаться до 100 ударов в минуту за секунды.
Экспрессия генов у спящих медведей выдающаяся
«Количество дифференциально экспрессируемых генов поразительно», — сказала доцент WSU Джоанна Келли.
Команда изучила период гиперфагии (HY-per-fay-gee-uh) — чрезмерного потребления пищи для накопления жира перед спячкой — и последующую спячку у шести медведей.
Было обнаружено, что во всех трех изученных тканях происходят динамичные изменения экспрессии генов во время спячки. Более важно то, что был обнаружен поднабор одних и тех же генов во всех трех тканях, которые менялись одинаково и одновременно.
Жировая ткань, которая питает спячку, вероятно, управляет сохранением других тканей. Несмотря на потребление калорий и накопление жира, медведи не страдают от тех же негативных эффектов, что и люди. Они обращают процесс вспять, включая и выключая гены в зависимости от сезона.
«Многие люди предполагали, что во время гиперфагии жир просто накапливается и лежит там как топливный резервуар, — объяснил ведущий автор работы профессор Хайко Янсен. — На самом деле, наши исследования показали, что жировая ткань далеко не инертна. Она очень метаболически активна, что обусловлено экспрессией более 1000 уникальных генов в жире во время спячки по сравнению с уровнем экспрессии в период обычной сезонной активности».
Во время активного периода и последующей гиперфагии генетическая экспрессия различалась среди изученных тканей. В то время как в жировой ткани многие гены экспрессировались дифференциально, в мышечной ткани таких генов не было, а в печени их было всего три.
Дифференциальная экспрессия генов означает, что гены могут быть либо повышены (upregulated), либо понижены (downregulated). В жировой ткани во время спячки по сравнению с активным сезоном было повышено более 2000 генов и понижено около 1800.
«Тот факт, что одни и те же наборы генов в разных тканях повышаются или понижаются одновременно для наилучшего обслуживания животного, предполагает, что может существовать общий механизм контроля этого процесса, делающий его более похожим на регуляцию "по требованию"», — сказала Келли.