Хомяк обладает геном, позволяющим выживать при экстремально низких температурах

Температура тела ниже 10 °C быстро становится смертельной для человека и большинства млекопитающих, поскольку длительное воздействие холода приводит к накоплению в клетках опасных свободных радикалов, особенно липидных перекисных радикалов, в результате чего происходит гибель клеток и отказ органов.

Гибернация управляется генами

Некоторые млекопитающие способны справляться с холодовым стрессом, впадая в состояние спячки, которая часто сопровождается периодами глубокого оцепенения, длившимися от нескольких дней до недель. В это время животные неподвижны, тело их остывает до очень низкой температуры, перемежаясь кратковременными периодами нормальной температуры и активности.

Группа исследователей под руководством Масамицу Соне, доцента, и профессора Йошифуми Ямагучи из Университета Хоккайдо (Япония) обнаружила ключевой ген, помогающий сирийским хомячкам (Mesocricetus auratus) избегать клеточной гибели от холода. Эти данные опубликованы в журнале Cell Death and Disease.

Для идентификации гена исследователи сначала создали человеческие раковые клетки, чувствительные к холоду, в которые были внедрены гены холодоустойчивых клеток хомяков. Затем эти клетки подверглись многократному воздействию холода и повторному нагреванию. Путем анализа геномов человеческих клеток, выживших при этих условиях, учёные выделили гены хомяков, включённые в геном человеческих клеток, которые обеспечили выживание.

Исследование выделило вероятного кандидата: ген, кодирующий глутатионпероксидазу 4 (Gpx4), белок, который, как известно, уменьшает негативное влияние реактивных видов кислорода в клетках млекопитающих. При подавлении активности этого гена в клетках хомячков они выживали в условиях экстремального холода всего два дня вместо пяти, умирая из-за накопления липидных перекисей.

Клеточная биология не объясняет неспособность человека к впаданию в спячку

Gpx4 экспрессируется как в клетках человека, так и хомяков, но лишь хомяки способны впадать в спячку. Исследователи проверили, имеет ли поведение Gpx4 у человека и хомяка отличия, и обнаружили, что человеческий Gpx4 также может защищать клетки при его сверхэкспрессии.

— До сих пор остается неясным, почему клетки, не впадающие в спячку, более уязвимы к холоду, чем клетки хибернаторов, даже при схожих уровнях экспрессии белка Gpx4, — комментирует Соун.

Эти выводы — первый шаг к пониманию механизма, как некоторые млекопитающие способны успешно переживать холодную спячку. Это открытие имеет большой потенциал для применения в медицине, например, в улучшении долгосрочного сохранения органов для трансплантации с помощью низких температур или в использовании гипотермии в лечебных целях.