Для тварин, таких як ведмеді, не є дивним процес набуття маси тіла перед зимою, накопичуючи жир і знижуючи свій метаболізм, щоб пережити важкі часи.
Маючи тривалість життя всього лише рік, бідний євразійський звичайний мишак (Sorex araneus) не має бажання витрачати дорогоцінні місяці на сон під сніговими заметами. Він розвинув зовсім іншу стратегію виживання в холодні темні дні, зменшуючи свої органи, що споживають найбільше енергії, щоб зберегти те, що залишилося в нього в запасі.
Цей трюк виживання, названий «феноменом Дехнеля» на честь польського зоолога Августа Дехнеля, може спричинити у миші втрату до 18% своєї ваги, коли температура падає – шокуюче зменшення, яке включає більше ніж чверть маси її мозку – з подальшим відновленням втраченої тканини наступної весни.
Тепер дослідники з США, Німеччини та Данії виявили кілька генів, відповідальних за цей феномен, встановивши цікаві зв’язки з генетичними змінами у людей, що пов’язані з різними захворюваннями, включаючи хворобу Альцгеймера.
Нове дослідження є продовженням попереднього, в якому вчені виявили зміни в метаболізмі печінки, корах головного мозку та гіпокампі миші, що супроводжують сезонне зменшення розміру органів. Ці знахідки можуть мати значення для лікування неврологічних захворювань у людей.
У новому дослідженні команда намагалася краще зрозуміти еволюцію феномену Дехнеля, порівнюючи експресію генів у гіпоталамусі миші з гіпоталамусами 15 інших видів ссавців з різних порядків.
Гіпоталамус має важливу роль у регуляції метаболізму у тварин, тому зміни його діяльності під впливом сезонних змін стали важливим об’єктом дослідження. Використовуючи наявні набори даних, команда виявила сотні генів, які були активовані у мишей і мали відповідні версії, виражені в мозку інших ссавців, зокрема інших мишей, гризунів і приматів.
«Ми створили унікальний набір даних, який дозволив нам порівняти гіпоталамус миші між сезонами і видами», — говорить один із провідних учених дослідження, еволюційний біолог Вільям Томас зі Стоні-Брукського університету в США.
«Ми знайшли цілий набір генів, що змінюються залежно від сезонів, які залучені до регуляції енергетичного гомеостазу, а також гени, які регулюють загибель клітин, що, на нашу думку, можуть бути пов’язані зі зменшенням розміру мозку».
Гени миші, які змінювали експресію в залежності від сезону, включали кілька генів, які керують кальцієвим сигналізуванням у бар’єрі між циркуляційною системою та мозком, вказуючи на адаптації, які відкривають канали у гіпоталамус і активують його здатність швидко реагувати на зміни навколишнього середовища.
Однією з послідовностей, що виділяється при порівнянні регулювання генів восени і весною, є BCL2L1, ген, що, ймовірно, грає роль у керуванні руйнуванням окремих клітин.
Порівняння ефектів цілих і сплутаних РНК транскриптів цього гена на культуру клітин мозку тхора підтвердило підозри, що ці зміни сприяють складній картині сигналізації і загибелі клітин, які зменшують мозок у відповідь на сезонні зміни.
Порівнюючи ці регульовані послідовності з подібними генами інших видів ссавців, команда визначила п’ять генів, які тепер вважають важливими для еволюції феномену Дехнеля у мишей. Серед них – ген, який займається переробкою мембранних білків, інший, що медіує функції мембран синапсів нервових клітин, а також ген, пов’язаний з ожирінням і хворобою Альцгеймера у людей.
Зважаючи на стиль життя миші «живи швидко, помри молодим», жертва нейронів для збереження швидко витрачаючої енергії, ймовірно, виправдана. Для нашого виду подібні зміни мали б смертельні наслідки.
Прогресивні медичні дослідження дедалі частіше виявляють значний перетин між порушеннями в метаболізмі та нейродегенеративними захворюваннями, що дає підстави для подальших досліджень здібності мишей навмисно зменшувати свій мозок, що може призвести до глибших розумінь у діагностиці і лікуванні когнітивного занепаду.
Це дослідження було опубліковане в журналі eLife.
