”Hibernation Genes” hjälper till att kontrollera metabolism och utfodring – och kan ha outnyttjad nytta för människor
Hibernating däggdjur förlitar sig på vissa gener för att justera sina ämnesomsättningar när de kommer in i det unika, lågenergitillståndet-och människor har faktiskt samma viloläge-relaterat DNA.
Nu antyder tidig forskning att utnyttjande av detta speciella DNA kan hjälpa till att behandla medicinska tillstånd hos människor, säger forskare.
Hibernation erbjuder ”en hel massa olika biometriskt viktiga supermakter”, senior studieförfattare Christopher Greggen mänsklig genetikprofessor vid University of Utah, berättade för Live Science.
Till exempel kan markekorrar utveckla reversibla insulinresistens som hjälper dem snabbt att gå upp i vikt innan de vilar men börjar bleka som Hibernation pågår. En bättre förståelse för hur viloläge vänder denna switch kan vara användbar för att hantera insulinresistensen som kännetecknar typ 2 -diabetesFöreslog Gregg.
Hibernating djur skyddar också sina nervsystem från skador som kan orsakas av plötsliga förändringar i blodflödet. ”När de kommer ut ur viloläge repas deras hjärna med blod,” sade Gregg. ”Ofta skulle det orsaka mycket skada, som en strokemen de har utvecklat sätt att förhindra att skadorna händer. ”
Gregg och hans kollegor tror att utnyttja viloläge-relaterade gener hos människor kan låsa upp liknande fördelar.
Släkt: Bästa någonsin karta över det mänskliga genomet belyser ”hoppande gener”, ”skräp-DNA” och mer
Ett ”nav” av viloläge
I ett par studier som publicerades torsdag (31 juli) i tidskriften Science, pekade Gregg och hans team nyckelspakar som kontrollerar gener relaterade till viloläge och visar hur de skiljer sig mellan djur som vilar Och de som inte gör det. Sedan, i laboratorieexperimenten, drog de in effekterna av Radera dessa spakar i labbmöss.
Även om möss inte gör det övervintrade kan komma in i Torpor – ett dödligt tillstånd av minskad metabolism, rörelse och kroppstemperatur som vanligtvis varar i mindre än en dag – efter fasta i minst sex timmar. Detta gjorde möss till en lämplig genetisk modell för att studera dessa effekter.
Med hjälp av genredigeringstekniken Crisprforskarna konstruerade möss med en av fem konserverade icke -kodande cis -element (CRES) inaktiverade, eller ”utslagen.” Dessa CRE fungerar som spakar för att kontrollera gener som i sin tur kodar för proteiner som utför biologiska funktioner.
CRE: er som är inriktade på studien ligger nära ett genkluster som kallas ”fettmassa och fetma-relaterat lokus”, eller FTO-lokuset, som också finns hos människor. Genvarianter som finns i klustret har varit bundna till En förhöjd risk för fetma och relaterade tillstånd. I stort sett är FTO -lokuset känt för att vara viktigt för att kontrollera metabolism, energiförbrukning och kroppsmassa.
Genom att slå ut Cres kunde forskarna ändra mössens vikter, metabolism och foderbeteenden. Vissa borttagningar rusade upp eller bromsade viktökningen, andra vände metabolism upp eller ner, och andra påverkade hur snabbt möss kroppstemperaturer återhämtade sig efter torpor, sade forskarna i en påstående.
Detta konstaterande är ”mycket lovande”, särskilt med tanke på FTO-lokuset spelar en välkänd roll i mänsklig fetma, Kelly Drewen specialist på viloläge vid University of Alaska Fairbanks, berättade Live Science i ett e -postmeddelande.
Att slå ut en CRE-kallad E1-i kvinnliga möss fick dem att gå mer vikt på en fettrik diet än en jämförelsegrupp med allt deras DNA intakt. Att ta bort en annan CRE, kallad E3, ändrade foderbeteendet hos både manliga och kvinnliga möss, särskilt förändrade hur de sökte efter mat gömd på en arena.
”Detta antyder att viktiga skillnader i foder- och beslutsprocesser kan finnas mellan viloläge och icke-hibernatorer och de element vi avslöjade kan vara involverade,” sade Gregg.
Okända att adressera
Studieförfattarna sa att deras resultat kan vara relevanta för människor, eftersom de underliggande generna inte skiljer sig mycket mellan däggdjur. ”Det är hur [the mammals] Slå på och stänga av dessa gener vid olika tidpunkter och sedan för olika varaktigheter och i olika kombinationer som formar olika arter, ”sade Gregg.
Men ”Det är definitivt inte så enkelt som att introducera samma förändringar i humant DNA,” Joanna Kelleyen professor som är specialiserad på funktionell genomik vid University of California, Santa Cruz, berättade Live Science i ett e -postmeddelande. ”Människor kan inte fasta inducerad torpor, vilket är anledningen till att möss används i dessa studier,” sade Kelley, som inte var involverad i arbetet.
Hon föreslog att framtida arbete inkluderar djur som inte kan torpor och fokusera på att packa upp alla nedströmseffekter av de borttagna CRE: erna. Som det är, pekar den nuvarande studien ”definitivt fältet i en ny riktning” när det gäller hur forskare förstår de genetiska kontrollerna som driver förändringar i viloläge under året, tillade hon.
Drew framhöll också att torpor hos möss utlöses av fasta, medan sann viloläge utlöses av hormonella och säsongsbetonade förändringar och interna klockor. Så medan CRE: er och generna som identifierade studien troligen är kritiska delar av en metabolisk ”verktygssats” som svarar på fasta, kanske de inte är en ”master switch” som slår på eller av.
”Icke desto mindre är att avslöja dessa grundläggande mekanismer i en spårbar modell som musen en ovärderlig steg för framtida forskning,” sade Drew.
Gregg betonade att mycket förblir okänd, inklusive varför effekterna av vissa deletioner skilde sig åt hos kvinnliga möss kontra manliga möss eller hur förändringarna i foderbeteende som ses hos möss kan manifestera hos människor. Teamet planerar också att undersöka vad som skulle hända om de raderade mer än en viloläge-kopplad CRE åt gången hos möss.
Nere linjen tror Gregg att det kan vara möjligt att finjustera aktiviteten hos människors ”viloläge -navgener” med läkemedel. Tanken skulle vara att denna metod skulle kunna ge fördelarna med den genaktiviteten – som neurobeskyddande – utan att patienter faktiskt måste vila, sade han.
