Dlaczego naukowcy badają hibernację, aby walczyć z otyłością
Wiele ssaków przybiera na wadze i staje się odpornych na insulinę jesienią. Jednak zmiany te są łatwo odwracalne, a u ssaków nie pojawią się żadne dalsze niezdrowe objawy. Naukowcy uważają, że wyjaśnienie tego leży w mechanizmach związanych z hibernacją.
Zdjęcie: Mały brązowy nietoperz autorstwa Ann Froschauer / U.S. Fish and Wildlife Service / za pośrednictwem Wikimedia Commons
Naukowcy zauważyli, że wiele zwierząt ma „supermoce”.
W szczególności te same warunki, które dotykają ludzi - z których niektóre mogą zagrażać życiu - mogą w ogóle nie wpływać na zwierzęta.
Dwa takie przykłady to słonie i wieloryby, u których ryzyko zachorowania na raka jest praktycznie zerowe. Jest mało prawdopodobne, aby u innych zwierząt wystąpiły choroby metaboliczne, takie jak otyłość. Dlaczego to?
Badacze Elliott Ferris i Christopher Gregg z University of Utah w Salt Lake City uważają, że hibernacja może mieć z tym coś wspólnego.
Wiele ssaków na całym świecie hibernuje w zimnych porach roku. Hibernacja charakteryzuje się wejściem w stan przypominający sen, w którym temperatura ciała spada, oddech spowalnia, serce bije wolniej, a wszystkie inne procesy metaboliczne (zautomatyzowane, samoregulujące się fizjologiczne) spowalniają.
Pozwala to hibernującym zwierzętom przeżyć w miesiącach zimowych, kiedy brakuje pożywienia, a warunki życia są mniej przyjazne.
Jak zauważają Ferris i Gregg w swoim nowym artykule do studium w czasopiśmie Raporty komórkowe, wiele hibernujących zwierząt w rzeczywistości przybiera na wadze podczas przygotowań do hibernacji. Stają się również odporne na insulinę.
To dwa aspekty charakterystyczne dla otyłości. Jednak u zwierząt hibernujących oznaczają one tylko to, że zwierzęta mają dostęp do rezerwy tłuszczu na czas w miesiącach zimowych.
W przeciwieństwie do otyłości u ludzi, osoby hibernujące mogą później łatwo zrzucić zbędne kilogramy, a ich ciała automatycznie odwracają insulinooporność. Ponadto, w przeciwieństwie do ludzi z otyłością, hibernujące ssaki nie rozwijają nadciśnienia ani łagodnego stanu zapalnego, co może prowadzić do dalszych problemów zdrowotnych.
Z tych powodów Ferris i Gregg uważają, że niektóre mechanizmy genetyczne zaangażowane w regulację stanu hibernacji mogą również odgrywać rolę w kontroli otyłości.
Odkrywanie sekretów niekodującego DNA
„Hibernatorzy rozwinęli niesamowitą zdolność kontrolowania swojego metabolizmu” - wyjaśnia Gregg, profesor nadzwyczajny na Wydziale Neurologii i Anatomii Uniwersytetu w Utah.
„Metabolizm kształtuje ryzyko wielu różnych chorób, w tym otyłości, cukrzycy typu 2, raka i choroby Alzheimera” - dodaje. „Wierzymy, że zrozumienie części genomu, które są powiązane z hibernacją, pomoże nam nauczyć się kontrolować ryzyko niektórych tych głównych chorób”.
„Wielkim zaskoczeniem z naszych nowych badań jest to, że te ważne części genomu zostały ukryte przed nami w 98% genomu, który nie zawiera genów - nazywaliśmy to„ śmieciowym DNA ”- mówi Gregg.
W ramach nowych badań Gregg i Ferris przeanalizowali genomy czterech hibernujących gatunków ssaków: susła trzynastoliniowego, małego brązowego nietoperza, szarego lemura myszy i małego jeża tenrec.
Porównując genomy tych gatunków, naukowcy odkryli, że wszystkie one wyewoluowały - na niezależnych zasadach - serię krótkich odcinków DNA zwanych „równoległymi regionami przyspieszonymi”.
Przyspieszone regiony istnieją również u ludzi, chociaż naukowcy niewiele o nich rozumieją. Naukowcy do tej pory wiedzą, że przyspieszone regiony zawierają niekodujące DNA i że nie zmieniły się one zbytnio w miarę ewolucji ssaków na przestrzeni wieków.
Z wyjątkiem ludzi, to znaczy tych, u których nagle zaczęli się zmieniać i przesuwać w czasie, gdy oddzieliliśmy się od naszych „kuzynów” naczelnych.
Po dalszej analizie danych naukowcy zauważyli, że równoległe regiony przyspieszone wydają się być blisko genów związanych z otyłością u ludzi.
Aby potwierdzić związek między przyspieszonymi regionami i genami, które odgrywają rolę w kontroli otyłości, Gregg i Ferris przeanalizowali następnie bardzo specyficzny zestaw genów: te, które kierują zespołem Pradera-Williego, rzadką chorobą genetyczną u ludzi.
Stan ten charakteryzuje się między innymi nadmiernym apetytem, co może prowadzić do niezdrowego przyrostu masy ciała i otyłości.
Przyglądając się genom związanym z zespołem Pradera-Williego, naukowcy odkryli, że te geny są powiązane z regionami o większej liczbie przyspieszonych hibernacji w porównaniu z genami, które nie odgrywały roli w tej chorobie genetycznej.
„Tworzenie podstaw dla nowych badań”
Po tych wynikach Gregg i Ferris sugerują teraz, że hibernujące zwierzęta mogły wyewoluować mechanizmy, które pozwalają im automatycznie „wyłączać” aktywność niektórych genów związanych z otyłością. Tak nie jest w przypadku ssaków niewoli.
Badacze zidentyfikowali również aż 364 elementy genetyczne, które mogą pomóc zarówno regulować stan hibernacji, jak i kontrolować otyłość.
„Nasze wyniki pokazują, że regiony przyspieszone przez hibernator są wzbogacone w pobliżu genów związanych z otyłością w badaniach na setkach tysięcy ludzi, a także w pobliżu genów związanych z syndromową formą otyłości” - mówi Ferris.
„Dlatego, łącząc dane od ludzi i zwierząt hibernujących, byliśmy w stanie odkryć potencjalne główne przełączniki regulacyjne w genomie do kontrolowania otyłości ssaków” - dodaje.
Korzystając ze specjalistycznej technologii edycji genów, naukowcy testują obecnie rolę tych 364 elementów genetycznych w modelach mysich. Mają nadzieję, że ich odkrycia ostatecznie pomogą im znaleźć sposób na kontrolowanie nie tylko otyłości, ale także innych schorzeń związanych z mechanizmami metabolicznymi.
„Ponieważ otyłość i metabolizm kształtują zagrożenia dla tak wielu różnych chorób, odkrycie tych części genomu jest naprawdę ekscytującym spostrzeżeniem, które kładzie podwaliny pod wiele ważnych nowych kierunków badawczych. Mamy nowe projekty dotyczące starzenia się, demencji i zespołu metabolicznego ”.
Christopher Gregg
