Землекоп голый, но не беззащитный

Голому землекопу не страшны никакие онкологические заболевания.

Дмитрий Андреев и Иван Шацкий вместе со своими коллегами по МГУ имени М.В. Ломоносова и Университетскому колледжу ирландского города Корка применили светящиеся наночастицы для выявления самых ранних изменений состояния нервных клеток в условиях ишемии. Результаты работы исследователей опубликованы в журнале Genome Biology. Отмеченные наночастицы выполняют роль кислородных сенсоров. Дело в том, что ишемия (исхемия) – это дословно «нехватка крови». А кровь, как известно, несет в мозг кислород, без которого нервные клетки начинают погибать уже через минуту.

Известно также, что нехватка кислорода, то есть гипоксия, ведет к клеточному стрессу, одним из проявлений которого является резкое повышение активности белков семейства HIF (Hipoxia Inducible Factor). Его «члены» кодируют синтез протеинов, стимулирующих считывание генов, защищающих клетки в условиях пониженного содержания кислорода. Гипоксия отнюдь не благо, однако есть много животных, которые неплохо приспособились именно к таким условиям, поскольку кислорода в их подземных жилищах явно меньше, чем на поверхности. Один из ярких представителей живет в Северной Африке и называется голый землекоп (Heterocephalus glaber).

Голые мыши и крысы давно привлекли внимание ученых, поскольку отсутствие волосяного покрова у этих грызунов вызвано мутацией в гене, без которого нет нормального развития тимуса (зобной железы). Клетки тимуса в виде Т-лимфоцитов отвечают за реакцию отторжения и противораковую иммунную защиту организма. У таких животных без всяких иммунодепрессантов приживаются самые разные ткани.

Голые землекопы восхищают биологов не только отсутствием волос на коже (хотя чувствительные «усы»-вибриссы у них нормального размера), но и уникальным долголетием, которое в 10 раз больше, чем у их собратьев, и резистентностью к раку. Клетки у них не озлокачествляются даже в условиях гипоксии, так как концентрация кислорода в ходах под землей не превышает 12% (мы дышим воздухом с 20-процентным уровнем живительного газа). Нехватка кислорода и возможное отсутствие некоторого вида Т-лимфоцитов объясняют устойчивость к возникновению опухолей.

Парные молекулы фермента АТФазы (желтые) располагаются почти под прямым углом друг к другу в гребне митохондрий. Иллюстрации Physorg

К этому можно прибавить наличие гиалуронана. Это сахар с большим молекулярным весом. К таким сахарам относятся, например, клетчатка и гликоген, а также крахмал. Гиалуронан входит в состав внеклеточного матрикса, который сдерживает рост и деление нормальных клеток, а также ограничивает их подвижность. Оказалось также, что в гене фермента, отвечающего за синтез этого сахара, присутствуют две уникальные мутации. Они выделяют голых землекопов из ряда 11 подземных сородичей, а также 57 других животных и человека, геномы которых опубликованы. Мутации эти обнаружили сотрудники Университета королевы Марии в Лондоне, о чем и сообщает журнал Biological Letters.

Кислород нужен для разделения водорода глюкозы на протоны и электроны. При этом последние переходят к кислороду, а протоны устремляются во внутренний канал грибовидной молекулы фермента АРТазы, отдавая свою энергию на синтез АТФ, главной «энерговалюты» клетки. Молекулы АТФазы, образующие угол 86 градусов, как выяснила в 2014 году Карен Дэвис из Института биофизики во Франкфурте-на-Майне, сидят попарно на гребнях крист (выпячиваний) внутренней стенки митохондрий.

Но вернемся к открытию, сделанному нашими университетскими учеными и их ирландским коллегой.

Известно, что уже через 20 минут ишемического стресса в клетках существенно меняется синтез протеинов на рибосомах за счет включения белков HIF (то же происходит и в опухолевых клетках в их состоянии кислородного голодания). Ишемия затрагивает и функцию митохондрий с их белковым ферментом, являющимся сенсором нехватки кислорода.

Ученые проводили опыты на клетках феохромоцитомы – опухоли надпочечников, содержащей и клетки нервной системы. Выяснилось, что уже в первые минуты существенно меняется активность сотни генов, а через час синтез 3 тыс. белковых продуктов. Не остаются в стороне и сами рибосомы, плотность которых уменьшается.

Авторы подозревают, что им удалось найти более ранние регуляторные механизмы клеточного и рибосомального ответа на нехватку кислорода и глюкозы. Классическая же активация генов белков HIF происходит значительно позже, то есть через известные уже 20 минут.