Во время зимней спячки тринадцатиполосый суслик резко снижает температуру своего тела
Спящие животные могут выглядеть ленивыми, но их тела действительно совершают подвиг: в некоторых случаях зимующие животные понижают температуру тела до почти замораживания (0 градусов Цельсия) и резко снижают сердечный ритм.
Теперь ученые пытаются разгадать секреты спячки в медицинских целях. Например, выяснить, как клетки зимующих животных приспосабливаются к холодным температурам, может помочь ученым продлить срок хранения человеческих донорских органов, ожидающих трансплантации.
Кроме того, такие данные могут однажды помочь исследователям улучшить лечение, называемое индуцированной гипотермией, при которой температура тела человека сознательно снижается после остановки сердца или черепно-мозговой травмы. Эта терапия может помочь защитить мозг у таких пациентов, но может иметь побочные эффекты из-за вызванного холодом клеточного повреждения.
«Понимая биологию адаптации к холоду в спячке, мы можем улучшить и расширить применение индуцированной гипотермии в будущем и, возможно, продлить жизнеспособность органов до трансплантации», — сказал Вэй Ли, старший исследователь National Eye Institute’s Retinal Neurophysiology Section. Ли отметил, что в настоящее время донорские почки могут храниться не более чем за 30 часов до того, как ткани начнут портиться.
Для нового исследования исследователи сосредоточились на тринадцатиполосном суслике (Ictidomys tridecemlineatus), маленьком грызуне, который живет в центральной части Северной Америки. По данным Мичиганского университета, в период спячки животные резко понижают температуру своего тела до уровня выше нуля и снижают частоту сердечных сокращений от их обычных 200 ударов в минуту до 20 ударов в минуту.
При изучении клеток этих животных исследователи особенно интересовались клеточной структурой, называемой цитоскелетом микротрубочек, сетью небольших трубок, которая обеспечивает структурную поддержку клетки и уязвима для холода.
Исследователи сравнили клетки суслика с клетками человека. Они обнаружили, что цитоскелет микротрубочек в клетках с белками оставался неповрежденным при воздействии низких температур, в то время как цитоскелет в микротрубочке в клетках человека портился.
Изображения показывают клетки почки мыши. Слева микротрубочки клеток остаются нетронутыми, но после воздействия холодных температур структуры микротрубочек больше не видны (посередине). Однако предварительная обработка клеток двумя препаратами перед охлаждением помогает предотвратить повреждение микротрубочек (справа).
В исследовании также было обнаружено, что митохондрии — «электростанции» клеток, которые обеспечивают энергию, — по-разному реагируют на холод, из клеток суслика, по сравнению с клетками человека. В частности, клетки человека продуцировали побочный продукт метаболизма, называемый реактивными формами кислорода (РФК), и именно этот высокий уровень РФК вызывал разрушение микротрубочек. Напротив, уровни РФК оставались низкими в митохондриях из ячеистых клеток.
Кроме того, у человеческих клеток были проблемы с компонентами, называемыми лизосомами, которые помогают с удалением отходов внутри клетки. Во время холодной экспозиции лизосомы в клетках человека просачивались ферментами, называемыми протеазами, которые переваривали близлежащие микротрубочки.
Затем исследователи пытались сделать неибернационные клетки более похожими на спящие клетки, используя два препарата: один, который ингибирует образование АТФ, соединение, которое уменьшает продукцию РФК, а другое, которое ингибирует активность протеазы. Они обнаружили, что эта комбинация препаратов сохранила структуру микротрубочек в клетках из неибернаторов, когда клетки подвергались воздействию низких температур.
Для большинства этих экспериментов исследователи использовали модель спячки, которую они создали, которую они назвали «спячкой в блюде». Они взяли клетки у новорожденного тринадцатиполосного суслика и перепрограммировали их, чтобы стать стволовыми клетками, известными как плюрипотентные индуцированные стволовые клетки, которые могут стать любой тканью в организме. Они надеются, что эта модель может служить платформой для изучения других аспектов спячки.
Исследование было опубликовано вчера (3 мая) в журнале Cell.
