Согласно исследованию, опубликованному 11 октября в Cell Reports, новое исследование выявило эволюционные изменения, которые сделали голого землекопа таким уникальным безболезненным.«Мы думаем, что эволюция выбрала для этой настройки достаточно тонкую настройку, чтобы сигнал боли стал нефункциональным, но не настолько сильным, чтобы он стал опасным для животного», — говорит ведущий автор Гэри Р. Левин, профессор Макс. Центр молекулярной медицины Дельбрюк в Берлине, Германия.
Представьте себе укол, когда вы входите в горячую ванну с сильным солнечным ожогом. Голого землекопа это не беспокоит, но большинство животных воспримет это как тепловую гипералгезию, и ученые, проводившие исследование, имеют хорошее представление о том, что происходит на клеточном уровне, когда это происходит.
В ответ на высокие температуры и воспаление вокруг сенсорных нейронов молекулы фактора роста нервов (NGF) связываются с рецептором, называемым TrkA. Это запускает каскад химических сигналов, которые «сенсибилизируют» ионный канал, называемый TRPV1, на поверхности сенсорного нейрона, так что он открывается. Как только TRPV1 открывается, это приводит к возбуждению сенсорного нерва, который говорит мозгу регистрировать боль при температурах, которые обычно не являются болезненными.В ходе более чем дюжины тщательно разработанных экспериментов Левин и его коллеги обнаружили, что отличает голого землекопа от других животных в этом процессе — небольшое изменение в их рецепторе TrkA.
Например, если ученые заменили каналы TRPV1 в клетке мыши на версии TRPV1 голого землекопа, то тепловая гипералгезия произошла нормально. Но если в клетке есть TRPV1 общей крысы и TrkA голого землекопа, то клетка не может ощущать термическую гипералгезию.Исследователи сравнили ген рецептора TrkA голого землекопа с генами 26 других млекопитающих и пяти других видов африканских землекопов.
Они обнаружили переключение всего от одного до трех аминокислотных изменений в одной секции рецептора TrkA голого землекопа, что делает его менее чувствительным.«Несмотря на то, что версия рецептора TrkA у голого землекопа почти идентична таковой у мыши или крысы, она оказывает очень значительное влияние на способность животного чувствовать боль», — говорит Левин.Дальнейшие эксперименты показали, что изменение рецептора TrkA голого землекопа сделало его не дисфункциональным, а гипофункциональным.
Их рецептор TrkA может реагировать так же, как и у других животных, если на клетку голого землекопа воздействовать в десять раз большей концентрации NGF.Это тонкое различие между гипофункциональным и дисфункциональным рецептором TrkA может объяснить, почему голый землекоп мог выжить без типичной нейродегенерации, обнаруживаемой у животных с мутациями, которые полностью отключают передачу сигналов NGF.
Предыдущие исследования показали, что развивающимся эмбрионам требуется передача сигналов NGF для развития нормальной системы передачи сигналов о боли.Однако новое исследование показало, что голые землекопы рождаются примерно с таким же количеством датчиков боли, как и новорожденные мыши.
Только к зрелому возрасту сенсоры боли голого землекопа уменьшаются на две трети по сравнению с любым другим млекопитающим. Эволюция, возможно, выбрала рецептор TrkA, который достаточно хорошо работает для животного, развивающегося как эмбрион, но оставляет взрослых с меньшим количеством нервных рецепторов и частично безболезненным.Утрата тепловой гипералгезии может помочь голым землекопам выжить в их переполненных подземных колониях, где при тесном контакте может быть неприятно жарко, но тепловая гипералгезия может оказаться бесполезной в этой теплой среде. И возможно, что потеря сенсорных нейронов во взрослом возрасте может помочь животным сохранять энергию.
«Они живут в пустынных регионах под землей, и им приходится много работать, чтобы добыть себе еду», — говорит Левин. «У них самый низкий уровень метаболизма среди всех млекопитающих. Эволюция отключила все, что не является абсолютно необходимым, включая дополнительные нервные рецепторы».Левин и его коллеги планируют в будущем исследования на мышах, выведенных для получения уникального рецептора TrkA голого землекопа.
«Мы надеемся увидеть, что эти модифицированные мыши покажут множество особенностей, которые сделают голых землекопов уникальными», — говорит Левин.