Подписаться на новости
  • Сенатор
  • ООО "Ай Вао"
  • techweek
  • Biohacking
  • Био/​мол/​текст

Горчица вместо допинга?

Ученые университета Калифорнии, работающие под руководством профессора Рэндалла Джонсона (Randall Johnson), в сотрудничестве с коллегами из университета Пенсильвании, а также с исследователями из Швеции и Германии, установили, что кожа мышей чувствительна к низким уровням кислорода и участвует в регуляции синтеза эритропоэтина – гормона, стимулирующего продукцию эритроцитов, – обеспечивая таким образом адаптацию организма к условиям большой высоты и низкому содержанию кислорода в воздухе.

Это неожиданное открытие противоречит традиционному представлению, согласно которому кожа млекопитающих не связана с дыхательной системой.

Авторы считают, что идентифицированный ими механизм является древним признаком, сохраненным млекопитающими в процессе эволюции от низших форм позвоночных животных, таких как земноводные, кожа которых содержит ионные каналы, сходные с каналами, обеспечивающими диффузию кислорода в легких млекопитающих.

Земноводные, в особенности лягушки, не только дышат кожей, но и способны чувствовать и реагировать на концентрацию кислорода в воздухе или воде, соприкасающейся с их кожей. Однако до сих пор никому не приходило в голову, что кожа млекопитающих может обладать сходными свойствами.

Разумеется, млекопитающие не могут дышать кожей, однако, если окажется, что полученные учеными результаты распространяются и на человека, они позволят радикально изменить подходы к лечению анемии и других заболеваний, требующих стимуляции способности организма к синтезу эритроцитов. Этот подход можно будет также использовать для улучшения выносливости и силы спортсменов.

В настоящее время официально разрешены два метода стимуляции продукции эритроцитов с целью повышения кислородной емкости крови и улучшения выносливости спортсменов: тренировки на большой высоте над уровнем моря и в палатках с низким содержанием кислорода в воздухе. Допинг крови (переливание крови перед соревнованиями) и введение синтетического эритропоэтина запрещены всеми спортивными руководящими органами. Возможно, в будущем желаемых результатов можно будет добиться воздействием на кожу спортсменов воздухом с низким содержанием кислорода, либо усилением кожного кровотока.

В течение двух лет ученые пытались выяснить, почему для определенных линий мышей, созданных для экспериментов с помощью методов генной инженерии, характерны высокие уровни эритропоэтина в организме. В 2004 году Джонсон и работающие под его началом студенты опубликовали результаты работы по превращению обычной лабораторной мыши в грызуна, обладающего выносливостью олимпийского атлета. Они добились этого путем удаления гена, обеспечивающего в условиях дефицита кислорода переключение мышц млекопитающих с аэробного на анаэробный метаболизм.

Большинство выполняемых нами движений осуществляется аэробно – за счет биохимических механизмов, обеспечивающих полное окисление глюкозы до углекислого газа и воды. Однако если потребности работающих мышц выходят за пределы доступных ресурсов кислорода (при сильных физических нагрузках), происходит активация индуцируемого гипоксией фактора транскрипции-1 (hypoxia inducible transcription factor-1, HIF-1). Этот белок переключает мышечные клетки на функционирование в анаэробном (бескислородном) режиме, позволяющем быстро получать большое количество энергии за счет неполного окисления глюкозы, побочным продуктом которого является молочная кислота.

Нокаутирование отрицательного регулятора гена HIF-1 привело к появлению мышей с очень маленьким размером тела и красной гиперемированной кожей. Эти мыши с трудом поддерживали нормальную температуру тела, т.к. значительная часть их крови поступала в кожу и быстро охлаждалась. Однако самой странной особенностью этих мышей был аномально высокий уровень эритропоэтина, из-за которого до 90% объема крови животных было представлено эритроцитами (в норме этот показатель составляет 40-50%).

По консистенции кровь таких животных напоминала пасту, что, соответственно, приводило к увеличению размера сердца. Авторы предположили, что существует их сигнальный механизм, обеспечивающий участие кожи в регуляции синтеза эритропоэтина (90% этого гормона синтезируют почки, остальные 10% – купферовскими клетками печени).

Причастность к этому гена HIF-1 подтвердилась при создании мышей, не имеющих этого гена исключительно в клетках кожи. У таких животных концентрация эритропоэтина не повышалась даже при воздействии на их кожу воздуха с 10-процентным содержанием кислорода – такому же, как на вершине Эвереста (на уровне моря этот показатель составляет около 21%). У нормальных мышей такое воздействие достоверно повышало уровень эритропоэтина.

Авторы установили, что этот эффект достигается за счет перемещения большого количества крови в кожу. Помещение на кожу животных нитроглицеринового пластыря усиливало кожный кровоток, что значительно повышало продукцию эритропоэтина и, соответственно, эритроцитов.

Участие кожи в регуляции уровня эритропоэтина подтвердили, помещая мышей в камеры, обеспечивающие разную концентрацию кислорода во вдыхаемом воздухе и в воздухе, окружающем тело животного. У мышей, дышавших «воздухом Эвереста», но с телом, находящимся в камере с нормальным содержанием кислорода, количество эритропоэтина в крови, разумеется, повышалось. Но у мышей второй группы, целиком сидевших в атмосфере с 10% кислорода, уровень эритропоэтина повышался в два с лишним раза сильнее.



На рисунке из статьи Adam T. Boutin et al. Epidermal Sensing of Oxygen Is Essential for Systemic Hypoxic Response, опубликованной в журнале Cell 18.04.2008, – схема участия кожного кровотока в адаптации организма к острой и хронической гипоксии.

Традиционно считалось, что все реакции на гипоксию запускаются чувствительными к гипоксии нервами и молекулами, содержащимися в крови и внутренних органах, однако полученные результаты указывают на то, что кожа непосредственно реагирует на изменения в содержании кислорода в воздухе путем изменения силы кровотока.

Авторы также отмечают, что у людей с воспалительными заболеваниями кожи, такими как псориаз, часто наблюдается низкий уровень эритроцитов в крови, на который никак не влияет введение эритропоэтина. В будущем они планируют изучить механизмы развития анемии, ассоциированной с воспалительными заболеваниями кожи, на одной из созданных ими линий генетически модифицированных мышей.

Полученные результаты объясняют также традицию, практикуемую в некоторых регионах Непала, Индии и Пакистана, жители которых натирают новорожденных маслом горчицы, являющемся слабым раздражителем, стимулирующим кожный кровоток. Авторы испробовали этот прием на мышах и установили, что натирание маслом горчицы действительно стимулирует синтез эритропоэтина. Этот эффект гораздо менее выражен, чем эффект наклеивания нитроглицеринового пластыря, однако его потенциальную пользу для организма пользу трудно отрицать.

Производство эритропоэтина, применяемого для лечения различных заболеваний, характеризующихся снижением количества эритроцитов, является значимым сектором фармакологического рынка, поэтому способность управлять количеством эритроцитов посредством изменения активность кожного кровотока может иметь во всех отношениях значимые последствия. Однако приемлемость этого метода для лечения человека еще предстоит выяснить.

Портал «Вечная молодость» www.vechnayamolodost.ru по материалам ScienceDaily

22.04.2008

Читать статьи по темам:

генетически модифицированные животные физическая активность Версия для печати
Ошибка в тексте?
Выдели ее и нажми ctrl + enter
назад

Читать также:

Они живые и светятся

Перечислить всё, что за какие-то десять лет наделали генные светотехники, просто невозможно. Может быть, пока этот номер журнала готовится к печати, мы узнаем об очередном живом и светящемся чуде.

читать

Для разведения стада трансгенных коз нужно всего полмиллиарда рублей

Это почти в 2 раза больше, чем затрачено на первый этап программы. Это связано с тем, что второй этап предусматривает более высокие расходы на строительство ферм для содержания трансгенных стад, создание самих промышленных стад животных – продуцентов лекарственных белков человека, разработку технологий выделения белков человека из молока животных и создания лекарственных, пищевых и парфюмерных средств с организацией их опытного производства.

читать

Теперь насморк можно изучать на мышах

Специалисты из Имперского колледжа Лондона вывели мышей, способных болеть риновирусной инфекцией. Ранее изучение патогенеза и поиск методов лечения «заразного насморка» были затруднены, поскольку вирус мог поражать лишь людей и высших приматов.

читать

Генная терапия против зависимости от опиатов

Авторы создали генетически модифицированных мышей, у которых эндорфиновые рецепторы после встречи с опиатами могли вступать в эндоцитоз подобно тому, как это происходит в присутствии эндорфинов. Для этих животных морфий продолжал оставаться прекрасным анальгетиком, не вызывающим развития толерантности и зависимости.

читать