Жизнь в горах заставила тибетских антилоп отказаться от «взрослого» гемоглобина

Американские ученые обнаружили, что тибетские антилопы приспособились к жизни в условиях гипоксии неожиданным путем. Другие высокогорные животные добиваются эффективного транспорта кислорода с помощью разного рода мутаций в глобиновых генах (которые кодируют белковую часть гемоглобина). Антилопы же потеряли «взрослую» форму глобина целиком, оставив себе только «детские» варианты, которые лучше связываются с кислородом. Работа опубликована в журнале Science Advances.

В генах позвоночных закодировано несколько форм гемоглобина, и в течение жизни организм может переключаться с одной на другую. Это происходит, например, у млекопитающих после рождения. Дело в том, что в утробе матери ребенку нужна изоформа, которая сильнее связывает кислород — это позволяет конкурировать с материнскими эритроцитами и усиливает транспорт газов сквозь плаценту. После рождения в ней нет необходимости, и у взрослого человека эритроциты содержат уже другую изоформу.

Иногда во взрослом организме производятся обе изоформы, и это может облегчить жизнь человека, если в его «взрослом» гемоглобине завелась мутация, как, например, при талассемии — в таком случае «детский» белок компенсирует дефекты взрослого. Бывает и так, что в организме млекопитающего формы гемоглобина переключаются в зависимости от ситуации — например, при гипоксии овцы и козы начинают производить больше «детского» варианта белка.

Энтони Синьоре (Anthony Signore) и Джей Сторц (Jay Storz) из Университета Небраски предположили, что похожие механизмы могут оказаться полезны и высокогорным животным, которые часто оказываются в условиях дефицита кислорода. Своим объектом исследования они выбрали тибетскую антилопу (Panthelops hodgsonii), которая обитает на высоте 3600-5500 м над уровнем моря, где парциальное давление кислорода в два раза ниже, чем на побережье — что не мешает животным скакать по горам со скоростью более 70 километров в час.

Для начала исследователи охарактеризовали локус β-глобиновых генов (от которых зависит тип белковой части гемоглобина) у тибетской антилопы. Известно, что у ближайших родственников антилопы — коров, коз и овец — этот локус устроен по-разному. У коров в нем есть два варианта глобина: βA, который образует «взрослую» форму белка, и βF, который отвечает за «детский» вариант. У коз и овец же и βA, и βF работают во взрослом возрасте, но появился третий вариант, βС, который как раз экспрессируется у зародышей.

У тибетской антилопы ученые обнаружили два варианта, которые были расположены примерно так же, как у коровы. Однако сравнительный геномный анализ показал, что антилопы потеряли вариант βA — самый распространенный среди млекопитающих, таким образом, оставшись без «взрослой» формы гемоглобина. Таким образом, у антилоп обнаружились следы педоморфоза — эволюционного процесса, в ходе которого взрослая особь приобретает признаки детеныша.

Авторы работы проверили, действительно ли потеря «взрослого» варианта придает гемоглобину антилоп способность эффективно связывать кислород. Они измерили минимальное давление кислорода, необходимое для полунасыщения гемоглобина, и оно оказалось ниже, чем у других полорогих животных.

Давление кислорода, при котором достигается полунасыщение гемоглобина у разных полорогих животных. Серый - гемоглобин в воде, черный - в физиологическом растворе.

Ученые уже неоднократно обнаруживали у высокогорных животных механизмы, которые позволяют поддерживать аэробную активность в условиях гипоксии, причем нередко эти приспособления были связаны именно с гемоглобином. Однако до сих пор речь шла именно о точечных мутациях и изменениях в структуре белка — и здесь каждая группа животных двигалась своим путем. Теперь же стало ясно, что тибетские антилопы приобрели свою устойчивость к гипоксии совсем по-другому. И это уникальный пример того, как приспособление к конкретным условиям возникает в результате регуляции работы генов — «детская» форма белка начинает работать у взрослых особей и настолько успешно, что полностью вытесняет «взрослую» форму из генома.

Приспособления к жизни в горах можно найти и у людей. Мы уже писали о том, как жители высокогорных Анд оказались защищены от оспы, а обитатели Тибета обзавелись дополнительным объемом плазмы крови. А о том, как живут самые высокогорные растения, читайте в нашем блоге «Высоко сижу, далеко гляжу».

Полина Лосева

https://nplus1.ru/