Ограниченное содержание кислорода в раннем развитии жизни может привести к необратимому повреждению сердца у многих существ, но не у аллигаторов. Низкий уровень кислорода не повредит их сердцу; это делает их сильнее.
Теперь исследователи из Университета Гвельфа начинают понимать, почему, выясняя, как сердца аллигаторов извлекают выгоду из жестких ранних условий в яйце, в новом исследовании, опубликованном в Scientific Reports.
Это фундаментальное исследование, которое может принести пользу людям.
Аллигаторы, как и многие ящерицы и черепахи, начинают жизнь в виде яиц, зарытых в глубокие гнезда, причем самые глубокие из них получают наименьшее количество кислорода.
Низкое содержание кислорода на этом раннем этапе жизни влияет на нормальный рост и процессы развития, особенно в сердце. У плацентарных млекопитающих, таких как мы, эти изменения негативны и сохраняются во взрослом возрасте. Но у аллигаторов мы наблюдаем кое-что. отличается: те, у кого меньше кислорода в гнезде, могут на самом деле процветать», - сказала Сара Олдерман, адъюнкт-профессор кафедры интегративной биологии Университета Джорджии, которая руководила исследованием.
Аллигаторы, которые развиваются в условиях низкого содержания кислорода или гипоксии, выходят из гнезда с сердцем, которое больше и сильнее, чем у их братьев и сестер, которые имели доступ к большему количеству воздуха в качестве эмбрионов. Их сердце также лучше работает во время нагрузки, что может помочь им дольше задерживать дыхание или выдерживать погоню.
Олдерман и ее сотрудники хотели понять, какие изменения происходят, что создает эти более сильные и эффективные сердца. Поэтому они решили определить, какие белковые различия характерны для гипоксического сердца аллигатора.
Команда Рокфеллеровского заповедника дикой природы в Луизиане извлекла яйца аллигаторов из водно-болотных угодий заповедника и отправила их коллегам из Университета Северного Техаса. Там часть яиц хранили в инкубаторах с гипоксией, а остальные выращивали в инкубаторах с нормальным уровнем кислорода.
Команда U of G получила образцы сердец аллигаторов и при финансовой поддержке Канадского совета по естественным наукам и инженерным исследованиям (NSERC) проанализировала белки внутри этих сердец, используя метод, известный как «протеомика дробовика».
Они обнаружили признаки того, что низкий уровень кислорода в яйцеклетке вызвал сдвиг в количестве определенных ключевых молекул, которые сердце использует для производства сердечных белков, для интеграции этих белков в свои клетки, а также для быстрого удаления и переработки любых поврежденных белков..
«По сути, эти аллигаторы нарастили оборудование, необходимое для этих процессов», - сказал Олдерман.
Большинство изменений, которые они обнаружили в сердцах эмбрионов, все еще проявлялись два года спустя в сердцах молодых аллигаторов, также выращенных в условиях гипоксии.
Кроме того, Олдерман обнаружил, что в гипоксическом сердце было больше белков, участвующих в расщеплении липидов или жиров, необходимых для получения энергии.
«Сердца наиболее эффективны, когда они сжигают жиры для получения энергии», - сказал Олдерман, отметив, что сердца спортсменов особенно хороши в этом. «Но у людей, когда сердце прогрессирует до сердечной недостаточности, оно переключается на сжигание сахара».
Тот факт, что сердца аллигаторов от эмбрионов, выращенных в условиях гипоксии, развивают повышенную способность использовать липиды для получения энергии в более позднем возрасте, может быть ключом к тому, почему гипоксия не вредна для них, как подобное состояние было бы для развивающегося человека. сердце.
В то время как команда из Техаса могла изучать аллигаторов только до тех пор, пока им не исполнилось два года - «После этого становится немного опасно держать аллигаторов в лаборатории», - отметил Олдерман, - все признаки указывают на эти изменения в экспрессия белка в сердце остается постоянной.
проф. Тодд Гиллис, профессор кафедры интегративной биологии, говорит, что это исследование показывает, насколько важны условия окружающей среды во время эмбрионального развития для последующего здоровья взрослого человека.
«Очевидно, что стрессоры, возникающие на этой ранней стадии, имеют долгосрочные последствия, потому что, как мы видим здесь, они изменяют биологию животного», - сказал он.
Гиллис, который является одним из основателей Центра сердечно-сосудистых исследований Университета Джорджии, говорит, что следующим шагом является определение того, что вызывает эти важные изменения в экспрессии белка. По словам Гиллиса, если это удастся идентифицировать, это откроет возможность применить полученные данные к людям с ослабленным сердцем.
"Если бы вы могли найти способ включить эти пути, а затем поддерживать их, это могло бы быть способом улучшить сердечную функцию и сохранить сердце здоровым."
Эта исследовательская группа недавно получила финансирование от Национального научного фонда США для продолжения своей работы. Олдерман с нетерпением ждет следующего этапа исследований, отмечая, что аллигаторов интересно изучать.
"Аллигаторы ходят по этой планете гораздо дольше, чем люди, и за это время они не сильно изменились, так что, что бы ни делало их сердце, у них все хорошо."