Голые землекопы — удивительные существа. Они практически слепы, их образ жизни похож на муравьиный и они не чувствуют боли от ожогов. Немецкие ученые опубликовали в журнале Cell Reports статью о причинах такой невосприимчивости. «Лента.ру» разобралась в исследовании и рассказывает, как подземные грызуны помогли биологам проникнуть в тайны боли.
Иногда даже самые легкие прикосновения и тепло могут быть нестерпимо болезненными. Повышенная чувствительность к боли — частое следствие воспаления и повреждения тканей. Это называется гипералгезией. Она возникает из-за особого белка — фактора роста нервов (nerve growth factor, NGF), поддерживающего жизнеспособность, развитие и активность нейронов. Без него нервные клетки, отвечающие за сенсорное восприятие, подвергаются апоптозу — «санкционированной» гибели.
Исследования, проводившиеся на грызунах и людях, показали, что и у тех, и у других небольшое количество введенного в организм NGF вызывает сильную и длительную гипералгезию в ответ на механическое и тепловое раздражение. Кроме того, оказалось, что мутации, возникающие в гене, который кодирует фактор роста нервов, приводят к формированию синдрома врожденной нечувствительности к боли с ангидрозом (нарушением потоотделения). Такой же эффект дают дефекты в гене NTRK1, содержащем информацию о строении белка TrkA (тропомиозин-рецепторная киназа A). Этот белок играет роль рецептора NGF, то есть он связывается с ним, а образованный в результате комплекс обеспечивает защиту нейронов от апоптоза.
Нечувствительность к боли считается достаточно редким генетическим заболеванием. Несмотря на кажущуюся выгоду от способности не воспринимать неприятные ощущения, это нарушение представляет собой серьезную угрозу для нормальной жизнедеятельности. Больные не чувствуют не только боль, но также холод, тепло и даже наполненность мочевого пузыря. Нервная система не способна распознать высокую температуру. Хотя давление и прикосновения пациенты чувствуют.
Неспособность потеть в жаркую погоду приводит к постоянному перегреванию (гипертермии). Среди других неприятных последствий — инфекции языка, губ и десен, хронические инфекции костей и суставов, переломы костей, множественные рубцы, остеомиелит (некроз костных и окружающих тканей) и деформация суставов, что угрожает ампутацией. Также возможно повреждение глаз — из-за того, что больные слишком часто и сильно их трут и даже царапают во сне.
Голый землекоп
Изображение: Roman Klementschitz / Wikipedia
Однако существует животное, которого подобная нечувствительность не слишком беспокоит. Речь о голых землекопах (Heterocephalus glaber) — небольших роющих грызунах. Их характерные черты — полное отсутствие шерсти, холоднокровность (исключительный случай для млекопитающих, которые, вообще-то, теплокровные), а также склонность создавать подземные колонии, подобно общественным насекомым. Они также отличаются выносливостью к высоким концентрациям углекислого газа, крайне низкой заболеваемостью раком и относительно длительной продолжительностью жизни (28-31 год).
Эти существа интересует ученых еще и потому, что они нечувствительны к некоторым типам боли. Исследования показали, что в их клетках кожи отсутствует вещество, называемое субстанцией Р. Этот белок отвечает за передачу болевых импульсов в центральную нервную систему. Голые землекопы не чувствуют порезов и ожогов. Однако после введения нейромедиатора болевые ощущения появляются.
Белок NGF
Изображение: Wikipedia
Немецкие ученые установили, что если вводить в землекопа NGF, то гипералгезия все равно не возникнет. Кроме того, выяснилось, что у животных есть сенсорные нейроны, в которых производится белок TRPV1. Это соединение представляет собой рецептор капсаицина (активного компонента перца чили), практически ничем не отличается от TRPV1 человека и способствует термической гипералгезии. Однако землекопы нечувствительны к теплу. В чем причины такой невосприимчивости?
Изучив активность TRPV1 в изолированных сенсорных нервных клетках, ученые установили, что у голых землекопов отсутствует зависимая от NGF сенсибилизация, опосредованная TRPV1. Это обусловлено мутациями в гене TrkA, заменяющими в белке 1-3 аминокислоты. В результате рецептор не способен эффективно передать сигнал дальше по цепочке молекул-посредников.
белок TRPV1
Изображение: Boghog2 / Wikipedia
Таким образом показано, что эволюция нечувствительности голых землекопов произошла в результате изменения одной единственной молекулы. Подобная мутация, нарушающая последовательность аминокислот в TrkA, очень вредна для человека. А для голых землекопов она не просто не оказалась фатальной, но и дала преимущества в выживании. Эти животные не нуждаются в восприимчивости к высоким температурам, поскольку условиях их обитания практически неизменны на протяжении миллионов лет. Это позволяет экономить энергию, сохраняя чувствительность к механическим повреждениям кожи.