Сердце голого землекопа защищено от ишемии

Голого землекопа Heterocephalus glaber можно назвать грызуном с суперспособностями. Эти социальные зверьки проживают группами до 300 особей в сложной системе подземных норок и лабиринтов на глубине до 0,9 метров — в условиях серьезного недостатка кислорода (гипоксии). При этом их сердце и сосуды остаются здоровыми, а сами землекопы знамениты как долгожители среди грызунов — они могут прожить 37 лет. Исследователи из Великобритании и ЮАР обнаружили новые молекулярные механизмы, которые стоит за уникальными особенностями H. glaber.

Авторы статьи в Nature Communications изучили метаболом и транскриптом тканей сердца голых землекопов. Затем сравнили их с близкородственными капским землекопом Georychus capensis, капским Bathyergus suillus и дамарским пескороями Fukomys damarensis, а также с подвидами землекопа Cryptomys hottentotus, которые отличаются степенью социальности, заселенным типом почв, устойчивостью к гипоксии, сроком жизни. Кроме того, в анализ включили «дальних родственников» с различной чувствительностью к недостатку кислорода: наземного грызуна из другого семейства, мышь Mus musculus (линия C57/BL6) и негрызуна — представителя отряда афросорицид златокрота Amblysomus hottentotus, который, подобно голому землекопу, живет под землей в Африке.

Паттерн экспрессии генов в сердце H. glaber указывал на измененный энергетический обмен: активно транскрибировались гены дыхательных ферментов электронтранспортной цепи митохондрий (окислительного фосфорилирования). Ни один из них не был столь же активен у других млекопитающих, включая родственные виды грызунов. Например, у мыши преобладала экспрессия генов сократительных белков миозинов и транспортирующих О₂ и СО₂ гемоглобинов. В то же время активная транскрипция митохондриальных генов не всегда заканчивалась синтезом белка и, следовательно, усилением клеточного дыхания. При помощи вестерн-блоттинга подтверили высокие концентрации дыхательных ферментов комплекса III, но не комплексов I,II и V.

Высоким было содержание в сердце H. glaber белка HIF-1α — субъединицы фактора транскрипции, активируемого гипоксией и регулирующего ответ клеток. Это наблюдение заинтересовало исследователей, поскольку животные содержались при нормальной концентрации кислорода (21%).

Концентрации сердечных метаболитов измерили при помощи магнитно-резонансной спектроскопии. Голых землекопов отличал более интенсивный обмен гликогена. Высокие уровни гликогена и продукта его расщепления глюкозо-1-фосфата были у них вариантом нормы, а не следствием нарушения доступа других сахаров или инсулина. По мнению ученых, сердце H. glaber приобрело адаптивную способность запасать глюкозу в составе гликогена и затем включать ее в синтез АТФ при стрессовых условиях.

Вместе с гликогеном в сердечной ткани голого землекопа возросло содержание креатина, что, согласно литературным данным, уберегало миокард при ишемии (недостатке кислорода в тканях) у мышей. Однако в сердце большинства млекопитающих существует механизм удаления излишков креатина, а увеличение его количеств у трансгенных животных ухудшало работу органа. Высокое содержание креатина в нормально работающем сердце — еще одна уникальная черта метаболизма сердца голого землекопа.

Гипотезы относительно влияния молекулярного профиля на физиологию сердца H. glaber нашли подтверждение в эксперименте с моделированием ишемии миокарда в извлеченных сердцах животных. Изолированное сердце голого землекопа сокращалось менее активно, чем сердца других грызунов, о чем свидетельствовали низкое давления в левом желудочке и ЧСС. Вместе с тем мышечный слой органа меньше пострадал от гипоксии: размеры зарубцевавшейся мертвой ткани, а также уровень сукцината (источника повреждающих клетки активных форм кислорода) были незначительными. Более интенсивное участие лактата в выработке энергии могло дополнительно способствовать устойчивости тканей. Таким образом, молекулярные особенности H. glaber защищали сердце в условиях нехватки кислорода.

Эволюционное давление на голого землекопа усиливается его эусоциальностью: совместное проживание сотен особей в подземном лабиринте лимитирует возможность газообмена. По мнению ученых, сниженные сердечная функция и митохондриальное дыхание у этого вида грызунов, направленные на приспособление к социальному образу жизни и гипоксии, в то же время способствуют сохранению здоровья и завидному долголетию зверьков.

Ген голого землекопа продлил жизнь мышей