У сирийских хомяков нашли ген, защищающий от холода во время спячки

Исследователи определили ген, который позволяет клеткам млекопитающих выживать при длительном воздействии экстремально низких температур, характерных для зимней спячки.

Температура тела ниже 10 °C быстро становится смертельной для людей и многих других млекопитающих. Длительный холодовой стресс приводит к накоплению в клетках повреждающих свободных радикалов, в частности радикалов липидных пероксидов, что вызывает гибель клеток и отказ органов. Однако некоторые виды млекопитающих могут переживать холодовой стресс, впадая в спячку.

У многих мелких млекопитающих спячка состоит из циклов: дни или недели глубокого оцепенения, когда животные перестают двигаться, а температура их тела падает до крайне низких уровней, чередуются с короткими периодами нормальной температуры и активности.

Исследование под руководством доцента Масамицу Соне и профессора Ёсифуми Ямагути из Университета Хоккайдо (Япония) выявило ключевой ген, который помогает впадающим в спячку сирийским хомякам (Mesocricetus auratus) избегать вызванной холодом гибели клеток. Результаты опубликованы в журнале Cell Death and Disease.

Чтобы идентифицировать ген, исследователи сначала создали чувствительные к холоду клетки человеческой раковой линии, несущие гены от холодоустойчивых клеток хомяка. Затем эти человеческие клетки подвергли повторяющимся циклам длительного охлаждения и последующего согревания.

Анализируя геномы человеческих клеток, переживших эти стрессы, команда смогла определить гены хомяка, которые были внедрены в геном человеческих клеток и позволили им выжить при холоде.

Анализ выявил вероятного кандидата: ген, кодирующий глутатионпероксидазу 4 (Gpx4). Это один из семейства белков, уже известных своей способностью снижать воздействие активных форм кислорода в клетках млекопитающих.

Когда активность этого гена подавляли в клетках хомяка — либо с помощью создания нокаутной версии, либо химическим подавлением его активности — клетки могли выживать при экстремальном холоде лишь более короткие периоды (два дня вместо пяти), после чего погибали из-за накопления липидных пероксидов.

Gpx4 экспрессируется как в человеческих, так и в клетках хомяка, но только хомяки могут впадать в спячку. Поэтому исследовательская группа проверила, ведут ли себя человеческая и хомячья версии Gpx4 по-разному. Интересно, что они обнаружили: даже человеческий Gpx4 может обеспечивать защиту от холода, если его сверхэкспрессировать в человеческих клетках.

«Остается открытым вопрос, почему клетки не-зимоспящих животных гораздо более уязвимы к холодовому стрессу, чем клетки зимоспящих, даже если уровни экспрессии белка Gpx4 у них сопоставимы», — отмечает Масамицу Соне.

Эти выводы — первый шаг к пониманию загадки того, как некоторые млекопитающие способны безопасно переживать экстремальный холод в спячке. Открытие может иметь потенциальное применение для здоровья человека, например, для улучшения долгосрочного сохранения органов для трансплантации при низких температурах или использования гипотермии в качестве терапевтического инструмента.