Генетики объяснили, как землеройка меняет размер мозга в разное время года

Новое исследование, опубликованное в журнале eLife, показало, что обыкновенная землеройка (Sorex araneus) изменяет размер мозга и тела в течение года благодаря экспрессии генов. Это позволяет маленьким животным уменьшать мозг зимой и восстанавливать его размер весной, что просто уникально для млекопитающих. 

Феномен Дехнеля — редкая адаптация, при которой мозг, череп и другие органы землеройки сокращаются на 30%, помогая экономить энергию в условиях низких температур и скудного питания при сохранении очень быстрого метаболизма. При этом зимой землеройка остается активной.

Ученые из Университета Стоуни-Брук (США) сосредоточились на исследовании гипоталамуса — области мозга, отвечающей за энергетический баланс. Они измеряли изменение экспрессии генов у землероек в разные сезоны годы и сравнивали с различными видами млекопитающих, включая человека.

«Мы обнаружили у землероек комплекс генов, меняющихся по сезонам и связанных с регуляцией энергетического гомеостаза, а также гены, регулирующие гибель клеток, которые, по нашему предположению, могут быть связаны с уменьшением размера мозга», — говорит руководитель исследования Уильям Томас.

По сравнению со многими другими млекопитающими у землероек были более активны гены, ответственные за поддержание гематоэнцефалического барьера и кальциевой сигнализации. Поскольку гематоэнцефалический барьер регулирует, какие химические вещества поступают в мозг, а кальциевая сигнализация передает сигналы по всему мозгу, эти эволюционные изменения позволяют гипоталамусу эффективно управлять энергией, таким образом удовлетворяя высокие метаболические потребности животного.

Некоторые гены, идентифицированные у землеройки, могут стать важными кандидатами для будущего лечения определенных болезней. Например, гены, имеющие отношение к неврологическим и метаболическим расстройствам человека, включая CCDC22, у животного менялись по сезонам и демонстрировали повышенную экспрессию. CCDC22 играет ключевую роль в переработке белков в клетках. Сбой ведет к накоплению белков — признак нескольких неврологических заболеваний, включая боковой амиотрофический склероз, болезнь Альцгеймера и болезнь Паркинсона.

Авторы предполагают, что регуляция этого гена в мозге землеройки особенно важна в процессе восстановления массы мозга. Исследователи могут лучше понять, как метаболические изменения влияют на размер мозга, в надежде, что эти открытия когда-нибудь помогут разработать стратегии для обращения вспять подобных изменений у людей.