Около десяти лет назад голые землекопы в Центре молекулярной медицины Макса Дельбрука (MDC) стали известны почти в мгновение ока. Это произошло благодаря работе Гэри Левина из Берлина и Томаса Парка из Чикаго, которые вместе исследовали странный сенсорный мир голого землекопа. Парк и Левин показали, что эти роющие африканские грызуны были 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 дает перцу чили тепло.
Эксперименты на землекопах привлекли внимание мировой общественности.
Для этого последнего исследования, только что опубликованного в журнале Science, Левин объединился с коллегами из Южной Африки и Танзании для дальнейшего тестирования большего количества примеров нечувствительности к боли. «Понимание, полученное в результате наших исследований этих животных, должно помочь, среди прочего, в разработке новых обезболивающих», – говорит Левин, возглавляющий группу молекулярной физиологии соматических ощущений в MDC.
Работая в тесном сотрудничестве с мировым экспертом по биологии землекопов Найджелом Беннеттом из Университета Претории в Южной Африке, Гэри Левин, Томас Парк и его коллеги исследовали, как голый землекоп и восемь других родственных им видов реагируют на три вещества, которые обычно вызывают кратковременное недомогание. ощущение жжения на коже человека и других млекопитающих.
Этими веществами были: разбавленная соляная кислота, капсаицин и аллилизотиоцианат (AITC). AITC – это то, что дает васаби, популярную приправу, которую подают к суши, это невероятно острый вкус. Идея заключалась в том, что землекопы подвергаются естественному воздействию этих и подобных веществ в дикой природе.
Только хайвельдский землекоп невосприимчив к укусу васаби
В статье 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 между собой в процессе эволюции.
Два вида не показали признаков боли после инъекции раствора капсаицина в лапу. «Другие на короткое время подняли лапу или лизнули ее, что показывает нам, что эти животные действительно почувствовали кратковременное ощущение боли», – объясняет Левин.
Только один вид землекопов оказался невосприимчивым к AITC. Это был не голый землекоп, а другой роющий грызун, названный землекопом хайвельд, названный в честь региона на востоке Южной Африки, где обитают исключительно эти животные. «Это была захватывающая находка 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."Слепыш из хайвельда был единственным видом в эксперименте, у которого не было проблем с AITC.
Все дело в измененных ионных каналах
Чтобы раскрыть молекулярные причины удивительной устойчивости слепыша к боли, исследователи взяли сенсорную ткань спинного мозга и ганглиев задних корешков всех девяти изученных видов. В ганглиях задних корешков есть скопления нейронов, которые передают сигналы боли в спинной мозг. «С помощью современной технологии секвенирования мы смогли сравнить активность около 7000 генов внутри этой ткани», – сообщает Левин.
Относительно быстро команда заметила, что активность двух генов изменилась у животных, которые не чувствовали боли. Эти гены содержат план 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 подавили ген этого канала. «Но« канал васаби »- единственный, который полностью отключен у хайвельдского землекопа», – говорит Левин. Он и его команда обнаружили, что это связано с особенно активным геном другого канала – постоянно открытого канала NALCN, известного как «канал утечки»."Исследовательская группа обнаружила, что выражение этого канала было единственным, которое было значительно изменено у землекопа Highveld.
Устойчивость к боли у кротовины можно отключить
Левина особенно удивили результаты следующего эксперимента. «Когда мы заблокировали канал NALCN, введя лекарство, которое блокирует канал, землекоп внезапно стал чувствительным к AITC», – сообщает он. Но всего через день после введения антагониста у животных восстановилось безразличие к этому веществу. «Из тысяч генов, на которые мы смотрели, мы, очевидно, нашли тот самый ген, который отвечает за замечательную устойчивость к боли этого землекопа», – говорит Левин с улыбкой, обрадованный тем, что удача была на его стороне.
Дэниел Харт, аспирант, работавший с Найджелом Беннеттом, обнаружил, что землекопы хайвельда часто делят свои норы с Myrmicaria natalensis, широко известным как натальный вислоухий муравей. «Эти насекомые известны своей агрессивной природой и очень едким ядом», – говорит Левин.
Когда яд этого муравья вводили им в лапу, все виды землекопов, участвовавших в исследовании, испытали кратковременную боль – все, кроме землекопа из хайвельда. Но когда исследователи заблокировали канал NALCN у землекопа из хайвельда, эти животные стали чувствительны к яду.
Новые открытия могут помочь фармацевтическим исследованиям
Левин предполагает, что «в ходе эволюции хайвельдский землекоп явно приобрел высокоактивный ген для единственного ионного канала, что позволило ему поселиться в местах, которых избегают другие виды землекопов."Ученый из MDC рассматривает это как еще один замечательный пример того, как окружающая среда влияет на эволюцию в долгосрочной перспективе. «С практической точки зрения, это открытие может привести к разработке высокоэффективных анальгетиков», – добавляет он. «Слепыш из хайвельда показал нам, что высокая экспрессия канала NALCN, по-видимому, является очень эффективным способом облегчения боли."