Африканские слепыши нечувствительны ко многим разным видам боли. Как сообщает международная исследовательская группа во главе с Гэри Левином из MDC в журнале Science, эта характеристика даже позволила землекопам заселить новые места обитания. Благодаря генетическим изменениям хайвельдский землекоп может жить рядом с ядовитыми муравьями с болезненными укусами, которых избегают другие землекопы.
Примерно десять лет назад голые землекопы в Центре молекулярной медицины Макса Дельбрюка (MDC) прославились почти за одну ночь. Это произошло благодаря работе Гэри Левина из Берлина и Томаса Парка из Чикаго, которые вместе исследовали странный чувственный мир голого землекопа. Парк и Левин показали, что эти африканские роющие грызуны удивительно устойчивы к боли. В статье 2008 года в журнале PLOS Biology они сообщили, что землекопы не чувствовали боли при воздействии кислоты или капсаицина - вещества, которое придает перцу чили его остроту. Эксперименты над землекопами привлекли внимание всего мира.
В этом последнем исследовании, только что опубликованном в журнале Science, Левин объединился с коллегами из Южной Африки и Танзании, чтобы дополнительно проверить больше случаев нечувствительности к боли. «Выводы, полученные в результате наших исследований этих животных, должны помочь, среди прочего, в разработке новых обезболивающих препаратов», - говорит Левин, возглавляющий группу молекулярной физиологии соматических ощущений в MDC.
Работая в тесном сотрудничестве с мировым экспертом по биологии землекопов Найджелом Беннетом из Университета Претории в Южной Африке, Гэри Левин, Томас Парк и их коллеги исследовали, как голые землекопы и восемь других родственных видов реагируют на три вещества. которые обычно вызывают кратковременное ощущение жжения на коже человека и других млекопитающих. Этими веществами были: разведенная соляная кислота, капсаицин и аллилизотиоцианат (AITC). AITC придает васаби, популярную приправу к суши, чрезвычайно острый вкус. Идея заключалась в том, что землекопы естественным образом подвергаются воздействию этих и подобных веществ в дикой природе.
Только хайвельдский землекоп невосприимчив к укусу васаби
В статье журнала Science, ведущими авторами которой являются Оле Эйгенброд и Карлиен Дебус, ученые сообщают, что три вида землекопов оказались нечувствительными к кислоте. Интересно, что эти три вида не особенно тесно связаны в процессе эволюции. У двух видов не было признаков боли после инъекции раствора капсаицина в лапу. «Другие ненадолго подняли лапу или лизнули ее, что показывает нам, что эти животные действительно испытывали краткое ощущение боли», - объясняет Левин.
Только один вид землекопа оказался невосприимчивым к AITC. Это был не голый землекоп, а другой роющий грызун, называемый хайвельдским землекопом, названным в честь региона в восточной части Южной Африки, где обитают исключительно эти животные.«Это было захватывающее открытие для нас», - говорит Левин. «AITC атакует аминокислоты в организме и, таким образом, может разрушать белки. Вот почему все другие известные нам виды избегают контакта с этим веществом». Высоковельдский землекоп был единственным видом в эксперименте, у которого не было проблем с AITC.
Все дело в измененных ионных каналах
Чтобы раскрыть молекулярные причины удивительной устойчивости землекопа к боли, исследователи взяли сенсорную ткань из спинного мозга и ганглиев задних корешков всех девяти исследованных видов. В ганглиях задних корешков находятся скопления нейронов, которые передают болевые сигналы в спинной мозг. «С помощью современной технологии секвенирования мы смогли сравнить активность около 7000 генов внутри этой ткани», - сообщает Левин.
Относительно быстро команда обнаружила, что активность двух генов была изменена у животных, которые не чувствовали боли. Эти гены содержат схему ионных каналов TRPA1 и NaV1.7. Уже известно, что эти два канала участвуют в восприятии боли.
«AITC и многие другие раздражители, обнаруженные в корнях - одном из основных источников пищи слепыша - активируют TRPA1», - объясняет Левин. Вот почему в ходе эволюции многие виды подавляли ген этого канала. «Но «канал васаби» - единственный, который полностью отключается у хайвельдского землекопа», - говорит Левин. Он и его команда обнаружили, что это связано с особенно активным геном другого канала - конститутивно открытого канала NALCN, известного как «канал утечки». Исследовательская группа обнаружила, что экспрессия этого канала была единственной, которая была значительно изменена у хайвельдского землекопа.
Сопротивление боли слепыша можно отключить
Левин был особенно удивлен результатами следующего эксперимента. «Когда мы заблокировали канал NALCN, введя лекарство, блокирующее этот канал, хайвельдский землекоп внезапно стал чувствителен к AITC», - сообщает он. Но уже через сутки после введения антагониста к животным вернулось равнодушие к этому веществу. «Из тысяч генов, которые мы изучали, мы, очевидно, нашли тот самый ген, который отвечает за поразительную устойчивость к боли хайвельдского землекопа», - с улыбкой говорит Левин, довольный тем, что удача явно на его стороне.
Дэниел Харт, аспирант, работающий с Найджелом Беннеттом, обнаружил, что хайвельдские слепыши часто делят свои норы с Myrmicaria natalensis, широко известными как натальные муравьи-капли. «Эти насекомые известны своим агрессивным характером и очень острым ядом», - говорит Левин. Когда яд этого муравья был введен им в лапу, все виды землекопов в исследовании испытали кратковременную боль - все, кроме землекопа хайвельда. Но когда исследователи заблокировали канал NALCN у хайвельдского землекопа, эти животные стали чувствительны к яду.
Новые результаты могут помочь фармацевтическим исследованиям
Левин предполагает, что «в ходе эволюции хайвельдский землекоп явно приобрел высокоактивный ген единственного ионного канала, что позволило ему обосноваться в местах, которых другие виды избегают». землекоп». Ученый MDC считает это еще одним замечательным примером того, как окружающая среда формирует эволюцию в долгосрочной перспективе. «С практической точки зрения это открытие может привести к разработке высокоэффективных анальгетиков», - добавляет он. «Слепыш хайвельд показал нам, что высокая экспрессия канала NALCN, по-видимому, является очень эффективным способом облегчения боли».