Vědci sledují metabolické supervelmoci hibernatorů na sdílenou DNA

Zvířata, která hibernace, jsou neuvěřitelně odolná. Mohou strávit měsíce bez jídla nebo vody, svaly odmítají atrofii, tělesnou teplotu klesají téměř na zmrazení, protože jejich metabolismus a mozková aktivita se pomalu plazí. Když se vynoří z hibernace, zotaví se z nebezpečných zdravotních změn podobných těm, které jsou pozorovány u diabetu 2. typu, Alzheimerovy choroby a mrtvici.

Nový genetický výzkum naznačuje, že supervelmoci hibernace zvířat by mohli ležet skryté v naší vlastní DNA-a poskytuje stopy, jak je odemknout, a otevřít dveře jednoho dne vyvíjející se ošetření, které by mohly zvrátit neurodegeneraci a diabetes.

Dvě studie popisující výsledky jsou zveřejněny v Věda.

Genetika metabolismu a obezity

Vědci zjistili, že genový klastr nazývá „tuková hmota a obezita (FTO) locus“ hraje důležitou roli ve schopnostech Hibernators. Je zajímavé, že lidé mají tyto geny příliš. „Na tomto regionu je to, že je to nejsilnější genetický rizikový faktor pro lidskou obezitu,“ říká Chris Gregg, PhD, profesor neurobiologie, anatomie a lidské genetiky na University of Utah Health a starší autor. Zdá se však, že hibernatoři mohou v lokusu FTO používat geny novými způsoby ve svůj prospěch.

Tým identifikoval oblasti DNA specifické pro Hibernator, které jsou poblíž lokusu FTO a které regulují aktivitu sousedních genů, vyladění je nahoru nebo dolů. Vědci spekulují, že úprava Aktivita sousedních genů, včetně genů v lokusu nebo v jeho blízkosti, umožňuje Hibernatorům zabalit na libry, než se usadí na zimu, a poté pomalu používají své tukové rezervy pro energii během hibernace.

Regulační regiony specifické pro Hibernator mimo lokus FTO Zdá se zásadní pro vyladění metabolismu. Když vědci zmutovali tyto oblasti specifické pro Hibernator u myší, zaznamenali změny hmotnosti a metabolismu myší. Některé mutace zrychlily nebo zpomalily přibývání na váze za specifických stravovacích podmínek; Jiní ovlivnili schopnost obnovit tělesnou teplotu po stavu podobném hibernaci nebo naladěni celkovou rychlost metabolismu nahoru nebo dolů.

Je zajímavé, že oblasti DNA specifické pro Hibernator, které vědci identifikovali, nebyly samotné geny. Místo toho byly regiony sekvence DNA, které kontaktují geny v okolí a otočí jejich expresi nahoru nebo dolů, jako dirigent orchestru, který doladí objem mnoha hudebníků. To znamená, že mutace jediné oblasti specifické pro Hibernator má rozsáhlé účinky sahající daleko za hranice FTO lokusu, vysvětluje Susan Steinwand, výzkumnou vědce v neurobiologii a anatomii na U zdraví U a první autor v jedné ze studií. „Když vyřadíte jeden z těchto prvků-tento malý, zdánlivě nevýznamnou oblast DNA-změní se aktivita stovek genů,“ říká. „Je to docela úžasné.“

Porozumění metabolické flexibilitě hibernatorů by mohlo vést k lepší léčbě lidských metabolických poruch, jako je diabetes 2. typu, říkají vědci.

Pokud bychom mohli naše geny regulovat trochu více jako hibernatory, možná bychom mohli překonat diabetes 2. typu stejným způsobem, jakým se hibernator vrátí z hibernace zpět do normálního metabolického stavu. “

Elliott Ferris, MS, Bioinformatik na U of U Health a první autor v druhé studii

Odhalení regulace hibernace

Nalezení genetických oblastí, které mohou umožnit hibernaci, je problém podobný vykopávání jehel z masivního sena DNA. Pro zúžení příslušných regionů využili vědci více nezávislých celogenomových technologií, aby se zeptali, které regiony mohou být pro hibernaci relevantní. Poté začali hledat překrývání mezi výsledky z každé techniky.

Nejprve hledali sekvence DNA, které většina savců sdílí, ale to se nedávno změnilo v Hibernators. „Pokud se region příliš nezmění z druhů na druhy po více než 100 milionů let, ale pak se rychle a dramaticky změní u dvou hibernačních savců, pak si myslíme, že to ukazuje na něco, co je pro hibernaci důležité,“ říká Ferris.

Abychom pochopili biologické procesy, které jsou základem hibernace, vědci testovali a identifikovali geny, které se objevují nebo dolů během půstu u myší, což spustí metabolické změny podobné hibernaci. Dále našli geny, které působí jako centrální koordinátoři nebo „rozbočovače“ těchto změn indukovaných půstí v genové aktivitě.

Zdálo se, že mnoho z oblastí DNA, které se nedávno změnily v Hibernatorech, interagují s těmito centrálními koordinačními geny náboje. Z tohoto důvodu vědci očekávají, že vývoj hibernace vyžaduje specifické změny v kontrolách genů náboje. Tyto ovládací prvky zahrnují užší seznam prvků DNA, které jsou cesty pro budoucí vyšetřování.

Probuzení lidského potenciálu

Zdálo se, že většina změn v genomu spojeném s Hibernatorem „porušuje“ funkci specifických kusů DNA, spíše než uděluje novou funkci. To naznačuje, že Hibernators možná ztratili omezení, která by jinak zabránila extrémní flexibilitě ve schopnosti kontrolovat metabolismus. Jinými slovy, je možné, že lidský „termostat“ je uzamčen na úzký rozsah nepřetržité spotřeby energie. Pro Hibernators může být tento zámek pryč.

Hibernatory mohou zvrátit neurodegeneraci, vyhnout se svalové atrofii, zůstat zdravý i přes masivní kolísání hmotnosti a vykazovat zlepšené stárnutí a dlouhověkost. Vědci si myslí, že jejich zjištění ukazují, že lidé již mohou mít potřebný genetický kód, aby měli podobné supervelmoci podobné hibernatoru-pokud můžeme obejít některé z našich metabolických spínačů.

„Lidé již mají genetický rámec,“ říká Steinwand. „Musíme jen identifikovat ovládací přepínače pro tyto rysy Hibernator.“ Tím, že se vědci dozví, že by vědci mohli pomoci přinést podobnou odolnost vůči lidem.

„Existuje potenciálně příležitost, která pochopí tyto mechanismy spojené s hibernací v genomových strategiích, které zasáhnou a pomáhají s nemocemi souvisejícími s věkem,“ říká Gregg. „Pokud se to v genomu skrývá, který jsme již dostali, mohli bychom se od Hibernators naučit zlepšit naše vlastní zdraví.“

Výsledky jsou zveřejněny v Věda jako „konzervované nekódující cis-elementy spojené s hibernací modulují metabolické a behaviorální adaptace u myší“ a „genomická konvergence u hibernace savců objasňuje genetiku metabolické regulace v hypotalamu“.

Výzkum byl podporován Národními ústavy zdravotnictví (číslo grantu T32HG008962), včetně Národního institutu pro stárnutí (čísla grantu R01AG064013 a RF1AG077201), Národním institutem duševního zdraví (grantové číslo R01MH109577), Národní knihovnu medicíny (grantové číslo T15M007124). Obsah je pouze odpovědností autorů a nemusí nutně představovat oficiální názory National Institute of Health.

Prohlášení o střetu zájmů: Chris Gregg je spoluzakladatelem, konzultantem a/nebo má finanční zájmy v Storyline Health Inc., Depoiq Inc., Primordial AI Inc. a Rubicon AI Inc.; Elliot Ferris je konzultant s finančními zájmy v Primordial AI Inc.; Jared Emery je zaměstnancem s finančními zájmy ve společnosti Storyline Health Inc.