Ученые провели масштабный геномный анализ и обнаружили уникальную мутацию, благодаря которой лошади способны выдерживать экстремальные физические нагрузки. Эта мутация в гене KEAP1 позволяет клеткам животных эффективно противостоять окислительному стрессу во время интенсивных нагрузок, что делает лошадей одними из самых выносливых животных на планете. Исследование опубликовано в журнале Science.
Лошади — настоящие атлеты животного мира: при галопе они потребляют вдвое больше кислорода на килограмм веса, чем самые тренированные люди. Такой высокий уровень метаболизма позволяет их клеткам производить огромное количество энергии, но вместе с тем образуются опасные побочные продукты — активные формы кислорода (АФК), способные повреждать клетки. Ученые давно задавались вопросом, как лошади справляются с этим и развили такую выносливость. Эволюция наделила этих животных уникальными механизмами, позволяющими нейтрализовать разрушительное действие окислительного стресса при экстремальных нагрузках.
Исследователи сравнили геном лошади с геномами других позвоночных животных. Особое внимание они уделили гену KEAP1, который кодирует белок, действующий как биохимический «охранник» и регулирующий работу другого белка — NRF2. Это взаимодействие не позволяет NRF2 проникать в ядро клетки, где он в противном случае активировал бы гены, отвечающие за реакцию в ответ на стресс, которые помогают предотвратить повреждение клеток.
В геноме лошадей ученые обнаружили мутацию, расположенную в кодоне UGA, который обычно сигнализирует о прекращении синтеза белка. Компьютерный анализ сначала показал, что эта мутация должна приводить к преждевременной остановке синтеза KEAP1, делая его неработоспособным. Однако эксперименты с клеточными культурами показали, что клетка не завершает синтез белка в этой точке, а вместо этого заменяет стоп-кодон на аминокислоту цистеин, продолжая сборку белковой цепи. Этот процесс может быть охарактеризован как «преодоление» стоп-кодона, и он крайне редок у многоклеточных организмов.
Ученые выяснили, что дополнительный цистеин в KEAP1 делает белок более чувствительным к АФК. В норме KEAP1 удерживает NRF2 и не дает ему активировать защитные гены. Однако при высоком уровне окислительного стресса KEAP1 меняет свою структуру и высвобождает NRF2, позволяя ему запускать антиоксидантные механизмы. Дополнительный цистеин усиливает этот процесс, ускоряя реакцию клеток лошадей на окислительный стресс. В результате их организм эффективнее защищается от повреждений, связанных с интенсивными физическими нагрузками. «Идентификация этого эволюционно значимого события перекодирования UGA представляет собой потенциально революционное открытие, предлагающее модель для выявления других, еще не идентифицированных случаев считывания стоп-кодонов», — сообщает Ходзуми Мотохаси из Университета Тохоку,тЯпония.
Открытие не только помогает понять, почему лошади так выносливы, но и проливает свет на фундаментальные механизмы работы клеток. Окислительный стресс связан с нейродегенеративными заболеваниями, воспалительными процессами и старением, поэтому понимание того, как клетки могут эффективнее реагировать на него, может привести к созданию новых лекарств. Кроме того, исследователи предполагают, что механизм «преодоления» стоп-кодона может встречаться и у других видов, но пока остается незамеченным. Его дальнейшее изучение может открыть новые перспективы в генетике и молекулярной биологии, расширяя представления о том, как небольшие мутации способны значительно влиять на физиологию целого организма.
Автор: Богдан Скиба.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
