Как рыбы-фугу регулируют магний для выживания
Ученые из Токийского технологического института совместно с коллегами из Симоносекской академии морских наук (Япония) и Медицинского колледжа клиники Мэйо (Миннесота, США) раскрыли молекулярные механизмы секреции ионов Mg2+ у пресноводных и морских видов рыб-фугу рода Takifugu.
Функции организма водных существ зависят от концентрации ионов различных элементов в воде. Тело поглощает и удерживает ионы как важные питательные вещества, но их избыток может быть вреден.
Ион магния Mg2+ — второй по распространенности катион в морской воде. Как пресноводные, так и морские рыбы поддерживают определенный уровень Mg2+ в плазме крови. Давно известно, что морские рыбы выводят избыток Mg2+ с мочой, чтобы избежать его накопления из окружающей среды. Однако механизмы адаптации этого процесса у рыб, способных жить как в соленой, так и в пресной воде (эвригалинных), были плохо изучены.
Ключевое открытие
Используя открытые геномные базы данных, команда под руководством Акиры Като составила список генов фугу, гомологичных известным системам транспорта Mg2+ у бактерий, растений и млекопитающих. В результате масштабного анализа они идентифицировали ген Slc41a1, который кодирует белки-переносчики ионов у других видов.
Анализ экспрессии генов показал, что гены Slc41a1 активно экспрессируются в протоках почек фугу.
Эксперимент с двумя видами
Исследователи сравнили экспрессию Slc41a1 в почках и кишечнике у морского вида Takifugu rubripes и у близкого эвригалинного вида Takifugu obscurus в морской и пресной воде.
«Мы обнаружили, что экспрессия Slc41a1 повышается, когда рыбу перемещают из пресной воды в морскую», — объясняет Акира Като.
С помощью иммуногистохимии ученые доказали, что белок Slc41a1 находится в вакуолях (органеллах) клеток почек и опосредует движение ионов Mg2+ из клетки наружу. Этот механизм секреции позволяет выводить избыточные ионы из организма с мочой.
Значение и перспективы
«Для пресноводных рыб Mg2+ — важный питательный элемент, который следует сохранять, если его не поступает в избытке с пищей, — говорит Като. — Морская вода содержит примерно в 30 раз больше Mg2+, чем кровь морских рыб. Если они не могут вывести избыток Mg2+, это приводит к гипермагниемии, вызывающей нарушение функций нервной, мышечной ткани и сердца».
«Молекулярное изучение вакуолярной секреции Mg2+ в почках морских рыб только начинается, — заявляет Като. — Нам необходимо идентифицировать другие компоненты, поддерживающие функцию транспортера Mg2+ Slc41a1. Также нужно подтвердить, используется ли подобная система многими другими организмами или этот метод секреции специфически развился у рыб».