Слепые пещерные рыбы, которые адаптировались к годовым циклам голодания и переедания, имеют мутации в гене MC4R, том же гене, который мутирован у некоторых тучных людей с ненасытным аппетитом, согласно новому исследованию, проведенному генетиками Гарвардской медицинской школы.
Результаты, опубликованные в PNAS, раскрывают больше о том, как позвоночные животные эволюционировали, чтобы иметь другой метаболизм, и могут дать представление о взаимосвязи между ожирением и болезнью человека.
"Все мы знаем, что у людей разный метаболизм, который приводит к увеличению веса при разном количестве еды," сказал старший автор исследования Клиффорд Табин, профессор генетики Джорджа Джейкоба и Жаклин Хейзел Ледер и заведующий кафедрой генетики в HMS.
"Работа с пещерной рыбой дает нам естественный пример того, почему и как метаболизм изменился," он сказал. "Некоторые из механизмов, которые мы видим у рыб, вполне могут иметь значение для метаболизма человека и, следовательно, для здоровья человека."
Пир и голод
Как следует из названия, мексиканские пещерные рыбы живут в темных изолированных пещерах на северо-востоке Мексики. За сотни тысяч лет, прошедшие с тех пор, как они были отделены от своих собратьев, живущих на поверхности, они адаптировались к суровой среде несколькими способами.
Без света они постепенно утратили глаза и пигментацию. С небольшим количеством еды они стали устойчивыми к голоду.
Пещерные рыбы выдерживают месяцы без пропитания, накапливая огромное количество жира и медленнее сжигая его.
"Эта рыба очень и очень жирная – намного жирнее, чем поверхностная рыба," сказал Николас Ронер, научный сотрудник лаборатории Табина и соавтор исследования. "И хотя они активны, их метаболизм медленнее."
Ронер и соавтор исследования Ариэль Аспирас, аспирант лаборатории Табина, обнаружили в лабораторных экспериментах, что после двух месяцев без еды пещерная рыба потеряла половину веса, чем популяции на поверхности. Через три месяца пещерные рыбы были "совершенно нормально," в то время как поверхностная рыба начала умирать.
"Мы думаем, что пещерные рыбы могут жить намного дольше из-за их огромных жировых запасов," сказал Ронер.
Как пещерная рыба вообще стала такой ожирением?
Дальнейшее исследование показало, что у некоторых пещерных популяций развился ненасытный аппетит, поэтому, когда пища становится доступной, захваченной наводнением, возможно, раз в год, рыбы могут есть без ограничений и накапливать столько жира, сколько они могут, чтобы поддерживать их до тех пор, пока следующий пир.
Хотя пещерные рыбы не спят во времена нехватки, "эта модель может быть похожа на животных, находящихся в спячке, в том смысле, что они живут за счет накопленного жира в течение длительных периодов времени," сказал Ронер. Конечно, добавил он, "изучать спящих медведей сложнее, чем изучать рыбу."
Примечательно, что пещерные рыбы живут долгой и здоровой жизнью, несмотря на то, что у них такой избыточный вес. Команда хочет исследовать, как это происходит, в надежде, что однажды это может помочь людям, живущим с ожирением.
Толстый, но подтянутый
Исследовательская группа проанализировала ДНК рыб из нескольких разных пещер, а также из окружающих поверхностных рек, чтобы выяснить, какие генетические мутации могут влиять на различия в метаболизме, массе тела и аппетите.
Большинство пещерных рыб имели мутации в MC4R, гене, который, как известно, регулируется лептином (гормоном, подавляющим аппетит) и инсулином в человеческом мозге.
"Это один из ключевых компонентов в поддержании вашего энергетического баланса," объяснил Аспирас. "Когда люди пытаются сесть на диету или изменить свой вес, в вашем мозгу действуют регуляторы, которые стараются поддерживать ваш текущий вес тела. MC4R – один из них."
Лабораторные мыши без MC4R сильно страдают ожирением и постоянно голодны. У людей мутации MC4R, в том числе мутации, идентичные у некоторых пещерных рыб, являются наиболее частой причиной наследственного ожирения, связанной с одним геном.
Ронер и Аспирас обнаружили, что мутации, по-видимому, снижают активность гена у пещерных рыб, снимая тормоза с их супрессора аппетита. Хотя это может иметь катастрофические последствия для людей – дети с мутациями MC4R не могут перестать есть, – для рыб это оказалось полезным.
Когда-то это могло быть выгодно и людям. Даже до современной эпидемии ожирения люди как вид были, условно говоря,, "очень толстый," Ронер указал. "В нашей эволюции был отбор для этого, но мы не знаем, почему. Понимание того, как эта рыба стала жирной, может в конечном итоге помочь нам понять, как мы это делали."
"Меня очень беспокоит то, что мы должны постоянно бороться с этим побуждением есть и пить сладкое и жирное, и что это из-за нашей эволюционной истории," добавил он. "Возможность того, что мы сможем выяснить, почему это так, возможно, используя этих пещерных рыб в качестве модельной системы, вселяет в меня уверенность, что однажды мы найдем способ противостоять этому побуждению."
Ронер и его коллеги считают, что у пещерных рыб есть и другие гены; например, мутации MC4R не полностью объясняют повышение аппетита или жирную печень рыбы. Сейчас они ищут дополнительные мутации у рыб, которые, в свою очередь, могут дать информацию для поиска генов, влияющих на метаболизм человека и ожирение.