Инструменты пользователя

Инструменты сайта


Боковая панель

2016:09:07:голый-землекоп

Голый землекоп

Голый землекоп (Heterocephalus glaber) – мелкое млекопитающее (до 15 см длиной, весом 30–35 г) из отряда грызунов, семейства землекоповые. В природе голый землекоп обитает в саваннах и полупустынях Эфиопии, Кении и Сомали. Отличительные особенности землекопа: холоднокровность (пойкилотермность), как у земноводных и рептилий, нечувствительность к боли, повышенному содержанию углекислого газа в воздухе, очень низкая заболеваемость раком. Необычна продолжительность жизни землекопов. В неволе они живут более 30 лет, что резко выделяет их среди всех грызунов. Кроме того, в отличие от большинства других животных, у голых землекопов не возрастает риск смерти с возрастом и практически не наблюдается видимых признаков старения организма. Сложная социальная структура в многочисленных колониях этих млекопитающих (до 300 особей) напоминает таковую у общественных насекомых – пчел и муравьев. Колонию, так же как и у пчел, возглавляет одна самка-производительница, которую оплодотворяют два или три самца. Остальные члены колонии выполняют функции рабочих особей.

Голый землекоп (Heterocephalus glaber)

Устойчивость к экстремальным воздействиям

Как выяснили в 2008 г. ученые из берлинского Центра молекулярной медицины Макса Дельбрюка и Университета штата Иллинойс, США, болевые рецепторы, расположенные в коже этого грызуна, не активируются в ответ на воздействие кислоты, даже если ее pH менее 3,5. Кожа землекопа нечувствительна также к капсаицину, веществу, придающему жгучую остроту перцу-чили. Ранее один из исследователей, участвующих в этом проекте, Томас Парк, установил, что в организме африканского голого землекопа не образуются два важных нейромедиатора, ответственных за передачу болевых сигналов в головной мозг. А на сегодняшний день ученым уже известно, что невосприимчивость к боли у этих животных объясняется не только отсутствием данных медиаторов. Другая особенность этих грызунов – ярко выраженная толерантность к запредельным для человека концентрациям углекислого газа в воздухе. Высокая концентрация двуокиси углерода лишь приводит к продолжительной активизации в клетках их кожи болевых рецепторов. Нейроны голых землекопов способны полностью восстановить свою функцию после более чем получасового кислородного голодания, это – рекорд для млекопитающих.

Норы землекопов, ведущие в их подземные жилища-лабиринты, в естественной среде обитания

Модельный объект исследований в онкологии и геронтологии

В наши дни голый землекоп – один из самых популярных объектов исследования в нейрофизиологии и генетике. До недавнего времени этими грызунами особо пристально интересовались онкологи, так как считалось, что голые землекопы не болеют раком. В 2013 году журнал Science в связи с этим объявил землекопа Позвоночным животным года. Но в феврале 2016 г. в журнале Veterinary Pathology появилось сообщение сразу о двух зарегистрированных случаях возникновения злокачественных новообразований у землекопов. В первом случае это была нейроэндокринная аденокарцинома, происходящая из нервных клеток, вырабатывающих гормоны. Во втором – аденокарцинома, основу которой составили перерожденнные клетки грудной железы. В обоих случаях метастазов не возникало, а во втором случае зверька даже удалось прооперировать и сохранить ему жизнь.

Особенности генома

Полная последовательность ДНК (геном) и суммарный набор РНК клеток голого землекопа (транскриптом) были расшифрованы в 2011 г. Найден ряд генетических отличий, которыми исследователи объясняют, например, замедленное старение землекопа – он живет более 30 лет, в отличие от 1,5–7 лет, характерных для других грызунов. Уровень повреждений ДНК в клетках африканского зверька значительно ниже, а скорость ее «починки» (репарации) очень высока. ДНК землекопа очень устойчива к окислительному стрессу. Одной из причин жизнестойкости этого грызуна молекулярные биологи считают также повышенную теломеразную активность в стволовых клетках и реактивацию теломеразы под воздействием различных сигналов. (Теломераза – фермент, отвечающий за «удлинение» концевых участков хромосом, теломер.) Кроме того, ученые выявили ряд особенностей в строении ДНК, которые также связывают с долгожительством этого пустынного обитателя. Во-первых, мобильные генетические элементы (короткие участки ДНК, способные перемещаться внутри генома) составляют у землекопа всего 25% генома (для сравнения у крысы – 35%, у человека – 40%). Во-вторых, среди генов, переставших быть нужными землекопу (утраченных) и сильно мутировавших (псевдогенов), преобладают отвечающие за зрение, обоняние, сперматогенез и убиквитинирование белков. (Убиквитинирование – биохимическая подготовка к утилизации ставших ненужными молекул протеасомами.). Эта генетическая особенность подтверждается и в исследованиях метаболизма землекопа: потребность в убиквитинировании у этого грызуна заметно снижена. В-третьих, в процессе эволюции среди генов, подвергавшихся действию положительного отбора у землекопа по сравнению с крысами и мышами, обнаружены TEP1 (ген ассоциированного с теломеразой белка 1, регулирующего активность теломеразы) и TERF1 (ген связывающего теломерные повторы фактора 1, препятствующего надстройке теломер), участвующие в регуляции длины теломер, а следовательно, в старении клеток.

Многоуровневая защита от рака: особенности контактного ингибирования у голого землекопа. Слева – Сравнительная модель контактного ингибирования деления клеток землекопа, мыши и человека. Обычное контактное торможение, p27-опосредованное, характерно для клеток всех трех видов животных. Но у голого землекопа развился второй, ставший основным, уровень защиты от избыточной пролиферации — p16-опосредованное раннее контактное ингибирование (РКИ), не позволяющее культивируемым фибробластам плотно покрывать дно чашки Петри даже в один слой. Справа – Опухолевый супрессор pALTInk4a/b, дополнительный продукт локуса INK4a/b, задействованного в РКИ у голого землекопа. Буквами Е с порядковым номером обозначены экзоны локуса, символы α и β отражают принадлежность экзонов к разным рамкам считывания. p15Ink4b, p16Ink4a и ARF (p19ARF или p14ARF в зависимости от вида животного) – канонические транскрипты, pALTInk4a/b – уникальный, «землекоповый», результат альтернативного сплайсинга, объединяющий 5′ UTR-область и первый экзон p15 со вторым и третьим экзоном и 3′ UTR-областью p16. (http://biomolecula.ru/content/1881)

У землекопа в течение жизни стабильна экспрессия большинства генов, с годами меняющих активность у людей и «обычных» грызунов. В частности, у землекопа не возрастает активность генов, связанных с биодеградацией макромолекул. Не снижается у землекопа активность генов, кодирующих митохондриальные белки, что подтверждает данные о стабильной работе его митохондрий – «энергетических фабрик» клетки. Некоторые гены в мозге землекопа с годами работают даже интенсивнее, в то время как их гомологи у человека, наоборот, снижают свою активность. Это, например, гены CYP46A1 и SMAD3. Продукт первого из них – нейронная холестерол-24-гидроксилаза – обеспечивает выведение из мозга излишков холестерина, что препятствует агрегации бета-амилоида и прогрессированию болезни Альцгеймера. Белок SMAD3 – модулятор транскрипции в сигнальном пути TGF-β, замедляющий деление клеток (в том числе раковых).

Перспективы исследований

Места обитания голого землекопа

Возможно, в будущем эти африканские грызуны помогут людям в исследовании механизмов адаптации и выносливости в экстремальных условиях. Ведь от постоянного пребывания в почти бескислородной среде частота дыхания у землекопа существенно снижается; молекулы гемоглобина гораздо прочнее связывают те крохи кислорода, что присутствуют в воздухе; легкие заметно уменьшены в размере в сравнении с другими грызунами, а скорость обмена веществ замедляется на 30%. При длительном голодании скорость метаболизма может составлять всего 25% от нормы.

Видео: О синдроме старения. Скулачев

Источники

2016/09/07/голый-землекоп.txt · Последние изменения: 2016/09/29 14:16 — admin