Почему ученые изучают гибернацию для борьбы с ожирением
Многие млекопитающие осенью набирают вес и становятся инсулинорезистентными. Однако эти изменения легко обратимы, и у млекопитающих больше не разовьются какие-либо нездоровые симптомы. Исследователи считают, что объяснение этому кроется в механизмах, связанных с гибернацией.
Изображение предоставлено: Маленькая коричневая летучая мышь Энн Фрошауэр / США. Служба рыбы и дикой природы / через Wikimedia Commons
Исследователи признали тот факт, что широкий спектр животных обладает «сверхспособностями».
В частности, те же самые условия, от которых страдают люди - некоторые из которых могут быть опасными для жизни, - могут вообще не повлиять на животных.
Двумя такими примерами являются слоны и киты, у которых риск рака практически равен нулю. У других животных вряд ли разовьются метаболические нарушения, такие как ожирение. Почему это?
Исследователи Эллиот Феррис и Кристофер Грегг из Университета штата Юта в Солт-Лейк-Сити считают, что спячка может иметь какое-то отношение к этому.
Многие млекопитающие во всем мире впадают в спячку в холодное время года. Гибернация характеризуется переходом в состояние, подобное сну, в котором температура тела падает, дыхание замедляется, сердце бьется медленнее, а все другие метаболические (автоматизированные, саморегулирующиеся физиологические процессы) замедляются.
Это позволяет животным, находящимся в спячке, выжить в зимние месяцы, когда еды становится мало, а условия жизни менее благоприятны.
Как отмечают Феррис и Грегг в своей новой исследовательской статье в журнале Отчеты по ячейкам, многие животные, находящиеся в спячке, на самом деле набирают большой вес при переходе в спячку. Они также становятся инсулинорезистентными.
Это два аспекта, характерных для ожирения. Однако для животных, находящихся в спячке, они означают только то, что животные могут своевременно получать запас жира в зимние месяцы.
В отличие от людей, страдающих ожирением, гибернаторы могут позже легко сбросить лишний вес, и их тела автоматически изменят резистентность к инсулину. Кроме того, в отличие от людей, страдающих ожирением, у млекопитающих, находящихся в спячке, не развивается гипертония или легкое воспаление, что может привести к дальнейшим проблемам со здоровьем.
По этим причинам Феррис и Грегг считают, что некоторые генетические механизмы, участвующие в регуляции гибернации, также могут играть роль в борьбе с ожирением.
Раскрытие секретов некодирующей ДНК
«Гибернаторы развили невероятную способность контролировать свой метаболизм», - объясняет Грегг, доцент кафедры неврологии и анатомии Университета Юты.
«Метаболизм формирует риски для множества различных заболеваний, включая ожирение, диабет 2 типа, рак и болезнь Альцгеймера», - добавляет он. «Мы считаем, что понимание частей генома, связанных с гибернацией, поможет нам научиться контролировать риски некоторых этих основных заболеваний».
«Большим сюрпризом нашего нового исследования является то, что эти важные части генома были скрыты от нас в 98% генома, не содержащего гены - мы раньше называли это« мусорной ДНК », - говорит Грегг.
Для своего нового исследования Грегг и Феррис проанализировали геномы четырех видов млекопитающих в спячке: суслика с тринадцатью линиями, маленькой коричневой летучей мыши, лемура серой мыши и малого ежа тенрека.
Сравнивая геномы этих видов, исследователи обнаружили, что все они развили - на независимой основе - серию коротких участков ДНК, называемых «параллельными ускоренными областями».
У людей также существуют ускоренные области, хотя ученые очень мало о них понимают. На данный момент исследователям известно, что ускоренные области содержат некодирующую ДНК, и что они не сильно изменились по мере эволюции млекопитающих на протяжении веков.
За исключением людей, у которых они внезапно начали меняться и сдвигаться примерно в то время, когда мы отделились от наших «кузенов» приматов.
После дальнейшего анализа данных исследователи заметили, что параллельные ускоренные области кажутся близкими к генам, связанным с ожирением у людей.
Чтобы подтвердить связь между ускоренными регионами и генами, которые играют роль в борьбе с ожирением, Грегг и Феррис затем проанализировали очень специфический набор генов: те, которые управляют синдромом Прадера-Вилли, редким генетическим заболеванием у людей.
Среди других симптомов это состояние характеризуется чрезмерным аппетитом, который может привести к нездоровой прибавке в весе и ожирению.
Изучая гены, связанные с синдромом Прадера-Вилли, исследователи обнаружили, что эти гены связаны с большим количеством областей, ускоренных гибернатором, по сравнению с генами, которые не играли роли в этом генетическом состоянии.
«Создание основы для новых исследований»
Следуя этим результатам, Грегг и Феррис предполагают, что животные, находящиеся в спячке, могли развить механизмы, позволяющие им автоматически «выключать» активность определенных генов, связанных с ожирением. Это не относится к млекопитающим, не живущим в спячке.
Исследователи также выявили 364 генетических элемента, которые могут помочь как в регулировании гибернации, так и в борьбе с ожирением.
«Наши результаты показывают, что области, ускоренные переходом в спячку, обогащены рядом с генами, связанными с ожирением, в исследованиях с участием сотен тысяч людей, а также рядом с генами, связанными с синдромальной формой ожирения», - говорит Феррис.
«Таким образом, объединив данные, полученные от людей и животных, находящихся в спячке, мы смогли выявить потенциальных основных регуляторных переключателей в геноме для борьбы с ожирением у млекопитающих», - добавляет он.
Используя специализированную технологию редактирования генов, исследователи в настоящее время проверяют роль этих 364 генетических элементов в моделях мышей. Они надеются, что их результаты в конечном итоге помогут им найти способ контролировать не только ожирение, но и другие состояния, связанные с метаболическими механизмами.
«Поскольку ожирение и метаболизм формируют риски для стольких различных заболеваний, открытие этих частей генома является действительно захватывающим открытием, которое закладывает основы для многих важных новых направлений исследований. У нас появляются новые проекты по проблемам старения, деменции и метаболического синдрома ».
Кристофер Грегг
