Африканские землекопы не чувствуют боли благодаря эволюции
Африканские землекопы нечувствительны ко многим видам боли. Как сообщает международная исследовательская группа под руководством Гэри Левина из MDC в журнале Science, эта особенность позволила землекопам заселить новые места обитания. Благодаря генетическому изменению, высокфельдский землекоп способен жить рядом с ядовитыми муравьями, чьи болезненные укусы избегают другие виды землекопов.
В новом исследовании, опубликованном в Science, Левин с коллегами из ЮАР и Танзании проверили другие случаи нечувствительности к боли. Работая с экспертом по биологии землекопов Найджелом Беннеттом из Университета Претории, команда исследовала реакцию голых землекопов и восьми других родственных видов на три вещества: разбавленную соляную кислоту, капсаицин и аллилизотиоцианат (AITC). AITC — это вещество, придающее васаби его острый вкус.
Только высокфельдский землекоп нечувствителен к «васаби»
Три вида землекопов оказались нечувствительны к кислоте. Два вида не показали признаков боли от инъекции капсаицина. Только один вид — высокфельдский землекоп — оказался невосприимчив к AITC. «Это было захватывающее открытие для нас», — говорит Левин. — «AITC атакует аминокислоты в организме и может разрушать белки. Поэтому все другие известные виды избегают контакта с этим веществом».
Всё дело в изменённых ионных каналах
Чтобы выяснить молекулярные причины устойчивости к боли, исследователи взяли сенсорную ткань из спинного мозга и дорсальных корешковых ганглиев всех девяти видов. С помощью современных методов секвенирования они сравнили активность около 7000 генов в этой ткани.
Команда быстро обнаружила, что у животных, не чувствующих боли, была изменена активность двух генов. Эти гены содержат чертежи для ионных каналов TRPA1 и NaV1.7, которые, как известно, участвуют в восприятии боли.
«AITC и многие другие раздражители, содержащиеся в корнях — основной пище землекопов, — активируют TRPA1», — объясняет Левин. Однако «васаби-канал» (TRPA1) полностью выключен у высокфельдского землекопа. Левин и его команда обнаружили, что это связано с особенно активным геном другого канала — конститутивно открытого канала NALCN, известного как «канал утечки». Экспрессия этого канала была единственной, значительно изменённой у высокфельдского землекопа.
Устойчивость землекопа к боли можно «выключить»
«Когда мы заблокировали канал NALCN с помощью препарата-антагониста, высокфельдский землекоп внезапно стал чувствителен к AITC», — сообщает Левин. Но уже через день после введения антагониста животные снова стали безразличны к веществу. «Из тысяч генов, которые мы изучали, мы, очевидно, нашли именно тот ген, который отвечает за замечательную устойчивость к боли у высокфельдского землекопа».
Дэниел Харт обнаружил, что высокфельдские землекопы часто делят свои норы с муравьями Myrmicaria natalensis (Натальская муравьиная львица). «Эти насекомые известны своим агрессивным характером и высокотоксичным ядом», — говорит Левин. При инъекции этого яда в лапу все виды землекопов испытали кратковременную боль — кроме высокфельдского. Однако когда исследователи заблокировали у него канал NALCN, эти животные стали чувствительны к яду.
Новые данные могут помочь фармакологическим исследованиям
Левин предполагает, что «в ходе эволюции высокфельдский землекоп явно приобрёл высокоактивный ген для одного ионного канала, что позволило ему обосноваться в местах, которых избегают другие виды землекопов». Учёный из MDC считает это прекрасным примером того, как среда формирует эволюцию в долгосрочной перспективе. «С практической стороны, это открытие может привести к разработке высокоэффективных анальгетиков», — добавляет он. — «Высокфельдский землекоп показал нам, что высокая экспрессия канала NALCN, по-видимому, является очень эффективным способом облегчения боли».