Опубликованное 27 марта в журнале Science исследование выявило, почему лошади превосходят лучших человеческих спортсменов как по скорости, так и по выносливости. Противопоставляя давно устоявшемуся убеждению о том, что человек эволюционно приспособлен к преследованию добычи, ученые обнаружили, что лошади обладает уникальными аэробными характеристиками, позволяющими мышцам использовать кислород быстрее и эффективнее.
Исследование под руководством Castiglione совместно с Elia Duh из университета Johns Hopkins обнаружило древний набор генетических мутаций, благодаря которым у лошадей наблюдается высокий процент мышечной массы и большое количество митохондрий в клетках. Эти особенности позволяют им достигать максимального потребления кислорода (VO2 max), которое в два раза превышает показатели лучших людей-спортсменов.
Ключевую роль в генетической адаптации играют белки NRF2 и KEAP1. NRF2, почти идентичный у всех позвоночных, выполняет антиоксидантную функцию, нейтрализуя вредные молекулы и участвуя в процессе производства аденозинтрифосфата – «энергетической валюты» клетки. KEAP1, в свою очередь, регулирует активность NRF2, удерживая его в неактивном состоянии до тех пор, пока уровень свободных радикалов не повысится.
Особое внимание в исследовании уделено процессу рекодирования у лошадей – механизму, позволяющему преодолеть мутацию, которая обычно приводит к преждевременному завершению синтеза белка KEAP1. В данной ситуации генетическая последовательность, сигнализирующая окончание синтеза, преобразуется в кодон, добавляющий аминокислоту, что обеспечивает выработку более чувствительной к окислительному стрессу версии белка.
Адаптивные изменения, выявленные у лошадей, могли возникнуть в результате эволюционного давления, когда предки лошадей, обладавшие размерами, сравнимыми с собаками, сталкивались с угрозой многочисленных хищников в открытых степях. Временные рамки возникновения этих генетических особенностей остаются предметом дискуссий: они могут датироваться как появлением рода Equus 4–4,5 млн лет назад, так и периодом около 55 млн лет назад, когда произошёл разрыв от общих предков современных носорогов.
Обнаруженные генетические механизмы имеют значительный клинический потенциал. Понимание работы пути KEAP1/NRF2 может способствовать созданию новых методов генной терапии для лечения нейродегенеративных заболеваний, включая болезнь Альцгеймера, а также замедлению процессов старения. Примечательно, что 10–15 процентов человеческих заболеваний связаны с преждевременными стоп-кодонами, а лошади демонстрируют естественную способность обходить этот эффект посредством рекодирования.
Достижения Castiglione и Elia Duh подчеркивают важность долгосрочных инвестиций в фундаментальные исследования. Результаты работы открывают новые горизонты в сравнительной генетике, позволяя не только глубже понять эволюционные процессы, но и предложить перспективные подходы для решения острых проблем современной медицины.
Изображение носит иллюстративный характер
Исследование под руководством Castiglione совместно с Elia Duh из университета Johns Hopkins обнаружило древний набор генетических мутаций, благодаря которым у лошадей наблюдается высокий процент мышечной массы и большое количество митохондрий в клетках. Эти особенности позволяют им достигать максимального потребления кислорода (VO2 max), которое в два раза превышает показатели лучших людей-спортсменов.
Ключевую роль в генетической адаптации играют белки NRF2 и KEAP1. NRF2, почти идентичный у всех позвоночных, выполняет антиоксидантную функцию, нейтрализуя вредные молекулы и участвуя в процессе производства аденозинтрифосфата – «энергетической валюты» клетки. KEAP1, в свою очередь, регулирует активность NRF2, удерживая его в неактивном состоянии до тех пор, пока уровень свободных радикалов не повысится.
Особое внимание в исследовании уделено процессу рекодирования у лошадей – механизму, позволяющему преодолеть мутацию, которая обычно приводит к преждевременному завершению синтеза белка KEAP1. В данной ситуации генетическая последовательность, сигнализирующая окончание синтеза, преобразуется в кодон, добавляющий аминокислоту, что обеспечивает выработку более чувствительной к окислительному стрессу версии белка.
Адаптивные изменения, выявленные у лошадей, могли возникнуть в результате эволюционного давления, когда предки лошадей, обладавшие размерами, сравнимыми с собаками, сталкивались с угрозой многочисленных хищников в открытых степях. Временные рамки возникновения этих генетических особенностей остаются предметом дискуссий: они могут датироваться как появлением рода Equus 4–4,5 млн лет назад, так и периодом около 55 млн лет назад, когда произошёл разрыв от общих предков современных носорогов.
Обнаруженные генетические механизмы имеют значительный клинический потенциал. Понимание работы пути KEAP1/NRF2 может способствовать созданию новых методов генной терапии для лечения нейродегенеративных заболеваний, включая болезнь Альцгеймера, а также замедлению процессов старения. Примечательно, что 10–15 процентов человеческих заболеваний связаны с преждевременными стоп-кодонами, а лошади демонстрируют естественную способность обходить этот эффект посредством рекодирования.
Достижения Castiglione и Elia Duh подчеркивают важность долгосрочных инвестиций в фундаментальные исследования. Результаты работы открывают новые горизонты в сравнительной генетике, позволяя не только глубже понять эволюционные процессы, но и предложить перспективные подходы для решения острых проблем современной медицины.
