В борьбе с диабетом поможет слепая рыба с "инсулиновой" мутацией (видео)
В пресных водах Мексики и южных регионов США обитает лучепёрая рыба Astyanax mexicanus. Этот вид известен, прежде всего, одной своей формой: среди A. mexicanus встречаются слепые пещерные рыбы. Другое их название – слепая тетра.
Существует около 30 уникальных популяций тетры, живущих в глубоких пещерах, которые утратили не только остроту зрения, но и сами глаза. Точнее, при рождении A. mexicanus глаза имеет, но со временем они зарастают кожей, а потом полностью исчезают.
Кроме того, эти рыбы являются альбиносами, то есть полностью лишены пигментации и обладают необычной бело-розовой окраской. Также известно, что они приспособились к навигации в темноте с помощью боковой линии, которая очень чувствительна к малейшим изменениям давления.
В отдалённых пещерах, где обитает слепая тетра, пища появляется редко – как правило, её приносят наводнения. В такие периоды рыба в буквальном смысле объедается впрок, и именно эта жадность помогает ей выживать в последующие периоды голодания.
При этом слепая тетра всегда остаётся весьма упитанной. Разгадать, почему так происходит, смогли американские специалисты, обнаружившие у животных мутации в гене MC4R, который отвечает за регуляцию аппетита. Это открытие пригодилось в борьбе с эпидемией ожирения среди людей.
Однако на этом изучение пещерных рыб-альбиносов не закончилось. Та же команда из Гарвардской медицинской школы продолжила исследовать геном A. mexicanus и теперь сделала новое открытие. Специалисты сообщили, что обнаружили у слепой тетры ещё одну мутацию, которая отвечает за инсулинорезистентность. И эти данные могут быть полезны при создании новых методов лечения тяжёлой наследственной формы сахарного диабета.
Поясним, что инсулинорезистеность – это нарушение метаболического ответа на инсулин. Когда здоровый человек принимает пищу, в его крови повышается уровень глюкозы, и организм реагирует, вырабатывая этот гормон, чтобы поглощать избыток сахара. А если у человека развивается резистентность к инсулину, этого не происходит: после приёма пищи уровень глюкозы в крови остаётся высоким.
Инсулинорезистеность появляется при наличии определённой генетической мутации – именно её и обнаружили учёные у слепых пещерных рыб.
Но если у людей при таком состоянии возникают повреждения почек, нервной системы и сердца, а также нарушается работа поджелудочной железы, то у рыб таких повреждений не было обнаружено.
"Открытие "взорвало мой разум". Нарушение регуляции глюкозы обычно вызывает целый ряд проблем, но не у рыб: на самом деле это приносит им пользу", — рассказывает один из ведущих авторов новой работы Ариэль Аспирас (Ariel Aspiras).
"Когда белки в нашей крови постоянно "вымачиваются" в сахаре, они уже не функционируют хорошо, потому что вокруг них по сути формируется сахарное покрытие. У пещерных рыб повышен уровень сахара в крови, но на белки это не влияет", — поясняет другой автор исследования Мисти Риддл (Misty Riddle).
Почему так происходит? Точного ответа у экспертов пока нет. Слепая тетра изучена ещё недостаточно хорошо, а о её метаболизме мало известно, поясняют учёные. Однако некоторые данные они уже собрали.
Сравнивая популяции пещерных рыб с их же зрячими сородичами, команда выяснила, что продолжительность жизни у обеих форм этого вида одинаковая. То есть инсулинорезистентность на жизнедеятельность никак не влияет. Показатели рождаемости и пещерных рыб тоже не были ниже, чем у речных, а вот процессы старения у них шли даже чуть медленнее, и это при лишнем весе и гипергликемии.
Далее биологи начали разводить слепых рыб и скрещивать их с обычными. Некоторым из таких гибридов передалась по наследству "инсулиновая" мутация: уровни сахара в крови у таких особей были повышены по сравнению с их собратьями, которые мутации не имели. Такой эффект наблюдался как после кормления, так и после кратковременного голодания.
Тем временем генетики занимались поиском мутаций, которая отвечает за инсулинорезистентность. Секвенирование генома обеих форм A. mexicanus выявило разницу в кодировании гена рецептора инсулина. При мутации в аминокислотном остатке соединение под названием пролин был заменено на другое – лейцин.
У людей такое генетическое изменение называется синдромом Рабсона-Менденхолла – это одна из самых тяжёлых форм инсулинорезистентности.
Затем специалисты провели ещё один эксперимент: они вывели модифицированных рыбок данио-рерио с такой же мутацией. И опять же у них наблюдалось инсулинорезистентность, а ещё эти рыбки стали быстро набирать вес.
Теперь команда занялась поиском других генов, которые также могут влиять на метаболизм пещерной тетры.
"Эволюция прорабатывала множество вариантов гена в течение миллионов лет, и я думаю, что это умнее, чем всё, что мы можем придумать даже с машинным обучением. Я думаю, было бы глупо не брать это в расчёт", — заключает соавтор работы Николас Ронер (Nicolas Rohner).
Конечная цель – создание новых методов регулирования уровня глюкозы в крови и лечения нарушений метаболизма у людей. Кроме того, биологам очень интересно понять, каким образом пещерные рыбы, несмотря на проблемы со здоровьем, остаются в хорошей форме. Вероятно, речь идёт о каких-то "компенсационных" механизмах, теоретически полезных и для людей.
Научная статья по итогам работы была опубликована в издании Nature.
Добавим, что ранее генетические ключи к лечению многих болезней были найдены и у других животных.
