В нескольких словах
Исследование выявило уникальный генетический механизм у лошадей, связанный с мутацией в гене KEAP1. Эта мутация, вопреки ожиданиям, не нарушила функцию гена, а позволила клеткам лошадей производить значительно больше энергии и одновременно эффективнее бороться с клеточными повреждениями. Это объясняет выдающиеся атлетические способности и выносливость лошадей и может иметь значение для разработки методов лечения некоторых генетических заболеваний человека.
Лошади — выдающиеся атлеты, способные преодолевать большие расстояния и развивать скорость, недоступную многим другим животным. Недавнее исследование проливает свет на генетические механизмы, лежащие в основе их исключительной выносливости.
Ученые исследовали, как различные виды животных балансируют между необходимостью производить энергию и вредными побочными продуктами этого процесса. «Чтобы производить энергию, мы, по сути, заключили сделку с дьяволом, поддерживая медленно горящий огонь в наших клетках», — объясняет один из исследователей. Этот «огонь» использует кислород для создания энергии, но при этом образуется «дым» — окислительный стресс, повреждающий клетки.
Выяснилось, что лошади в ходе эволюции выработали необычный способ регулирования этого компромисса. Генетические изменения позволяют им производить больше энергии, не увеличивая при этом клеточные повреждения. Эти адаптации могут частично объяснить, почему лошади стали такими мощными атлетами, способными обгонять и превосходить по выносливости почти всех других животных.
«Лошади могут заставить этот огонь гореть еще жарче, при этом уменьшая ущерб по сравнению с такими видами, как человек», — отмечают ученые. Изменения произошли в ключевом генном пути NRF2/KEAP1, который обнаруживает накопление окислительного стресса и запускает выработку антиоксидантов для его нейтрализации. «Это, по сути, и производство энергии, и пожарная служба в одном флаконе».
При сканировании геномов почти 200 видов млекопитающих исследователи обнаружили у лошадей одну крайне необычную мутацию в этом пути — так называемую нонсенс-мутацию. «Она ломает ген, не давая ему выполнять нужную клетке функцию», — говорят исследователи. По сути, в начале гена KEAP1 появился стоп-сигнал (стоп-кодон), который обычно означает конец гена.
Такая мутация смертельна для мышей, вероятно, из-за накопления клеточных повреждений. Ученые были озадачены: «Мы подумали, как же лошади с этим справляются?» С помощью геномных и молекулярных методов ответ был найден.
«Лошади выработали очень сложную стратегию обхода этого стоп-кодона», — говорится в исследовании. Набор мутаций позволяет им игнорировать «стоп-сигнал», заставляя ген работать, но немного иначе, что в итоге приносит пользу.
Исследователи обнаружили, что эти мутации, возникшие у предков всех современных лошадей, позволяют их мышечным клеткам производить до пяти раз больше энергии, чем клетки мышей, одновременно повышая эффективность системы контроля повреждений на 200%.
«Это дает им биохимические средства для быстрого бега на длинные дистанции», — заключают авторы. Это превращает их в аэробных «электростанций».
Способ, которым лошади «превратили лимон в лимонад», игнорируя стоп-кодон, ранее был описан только у вирусов. Эта адаптация может иметь значение и для здоровья человека. Многие наследственные заболевания, такие как муковисцидоз и мышечная дистрофия, возникают из-за появления стоп-кодонов в важных генах. Если исследователи лучше поймут, как лошадям удается игнорировать такие стоп-кодоны, возможно, удастся разработать генную терапию для людей, которая будет делать то же самое.
