Фотография обыкновенной сони. Источник: Michel VIARD/Getty Images
Новое исследование выявило специфические участки ДНК, которые регулируют спячку, воздействуя на метаболизм. Результаты могут открыть пути для новых методов лечения метаболических нарушений, таких как диабет 2 типа у людей.
Когда впадающие в спячку животные просыпаются, они обращают вспять опасные изменения в состоянии здоровья, аналогичные тем, что наблюдаются при диабете 2 типа, атрофии мышц, болезни Альцгеймера и инсульте. Исследователи надеются, что раскрытие участков генома, отвечающих за спячку, поможет разработать методы лечения этих потенциально смертельных заболеваний.
«Если бы мы могли регулировать наши гены примерно так же, как это делают впадающие в спячку животные, возможно, мы могли бы преодолеть диабет 2 типа так же, как впадающее в спячку животное возвращается к нормальному метаболическому состоянию после спячки», — говорит Эллиот Феррис, биоинформатик из Университета Юты (U of U) Health в США.
Феррис является соавтором двух новых исследований, в которых установлено, что участки ДНК вблизи кластера генов, называемого локусом «жировой массы и ожирения» (FTO), играют решающую роль в способности впадать в спячку. Хотя локус FTO также присутствует у людей, впадающие в спячку животные используют его по-другому и, возможно, более выгодно.
«Что поражает в этой области [FTO], так это то, что она является сильнейшим генетическим фактором риска ожирения у человека», — говорит старший автор исследования Крис Грегг, профессор нейробиологии в U of U Health.
По данным Всемирной организации здравоохранения, в 2022 году каждый восьмой человек в мире страдал ожирением. Ожирение может привести к повышенному риску развития диабета 2 типа, болезней сердца и других проблем со здоровьем, что подчёркивает важность профилактики и лечения этого состояния.
«У людей уже есть генетическая основа, — говорит Сьюзан Штейнванд, научный сотрудник U of U и соавтор исследований. — Нам просто нужно определить переключатели управления для этих признаков впадающих в спячку животных».
Чтобы найти участки генома, специфичные для спячки, команда использовала несколько независимых технологий полногеномного секвенирования для сравнения млекопитающих, которые впадают в спячку и не впадают в неё.
«Если какой-то участок мало меняется от вида к виду на протяжении более 100 миллионов лет, но затем резко и кардинально меняется у двух млекопитающих, впадающих в спячку, то мы думаем, что это указывает нам на нечто важное для спячки», — говорит Феррис.
Участки ДНК, специфичные для впадающих в спячку животных (расположенные вблизи локуса FTO), представляли собой не гены, а последовательности ДНК, называемые «цис-регуляторными элементами» (CRE), которые контактируют с близлежащими генами, чтобы увеличивать или уменьшать их экспрессию, почти как режиссёр координирует кинематографистов, художников по костюмам и актёров. Исследователи обнаружили, что CRE регулируют активность соседних генов, включая гены, участвующие в метаболизме.
Когда они мутировали эти участки у мышей, исследователи наблюдали изменения в весе и метаболизме. Некоторые из выполненных ими мутаций ускоряли набор веса, а другие замедляли его. Другие мутации влияли на способность организма восстанавливать температуру тела после спячки.
Это означает, что мутация одного специфичного для впадающих в спячку животных участка оказывает широкое воздействие, выходящее далеко за пределы локуса FTO, — говорит Штейнванд.
«Это довольно удивительно, — говорит она. — Когда вы отключаете один из этих элементов — этот крошечный, казалось бы, незначительный участок ДНК — активность сотен генов меняется».
Исследования показывают, что CRE также могут играть роль в регуляции метаболизма человека.
Понимание этой гибкости может привести к улучшению методов лечения таких заболеваний, как диабет 2 типа. Кроме того, исследование указывает, какие участки ДНК следует изучить в будущих работах.
«Понимание этих механизмов, связанных со спячкой, в геноме потенциально открывает возможности для поиска стратегий вмешательства и помощи при возрастных заболеваниях», — говорит Грегг.
«Если это скрыто в нашем геноме, мы могли бы научиться у впадающих в спячку животных улучшать своё здоровье».
Исследование опубликовано в журнале Science.