Голым кротовым крысам нужен углекислый газ, чтобы избежать приступов, и вот почему

Африканских голых кротов иногда называют животными супергероями. Они противостоят раку, терпят боль и живут удивительно долго. Они также известны своей способностью справляться с высоким уровнем углекислого газа и могут работать в течение нескольких минут без кислорода. Но исследователи, опубликовавшие в Current Biology 30 апреля, говорят, что, возможно, они обнаружили криптонит у молочных крыс: им нужен высокий уровень углекислого газа, чтобы функционировать.

«В то время как они процветают в своих тесных кварталах гнезд, состав воздуха чуть выше поверхности их нор в Восточной Африке делает их уязвимыми для судорог», — сказал Дэн Макклоски из Городского университета Нью-Йорка. «Потому что это происходит, когда голые крольчатки теряют углекислый газ».

Другими словами, кроты не просто переносят высокий уровень углекислого газа в своих многолюдных гнездах; похоже, что они действительно этого требуют. Когда они достигают горячей поверхности и начинают индуцированную теплом гипервентиляцию на свежем воздухе, это вызывает их судороги. В исследовании, о котором сообщается, исследователи обнаружили, что эта любопытная потребность в углекислом газе объясняется наличием миссенс-мутации в гене, который кодирует основной переносчик нейронального хлорида, известный как KCC2.

Исследователи пришли к этому открытию неожиданным образом. Они знали, что голые родинки плохо контролируют температуру своего тела, а также склонны к схватыванию в ответ на жару. Макклоски и первый автор нового исследования Майкл Сионс исследовали эту восприимчивость к лихорадочным состояниям в качестве модели лихорадочных (фебрильных) судорог у детей.

Команда объединила усилия с Кай Кайлой и Мартином Пускарёвым из Хельсинкского университета, Финляндия. Кайла, эксперт по фебрильным приступам, и Пушкарёв ранее обнаружили мутацию, влияющую на KCC2 в семьях людей, склонных к ним. Теперь они знают, что родинки и те семьи, у которых есть генетическая предрасположенность к фебрильным судорогам, имеют те же генетические изменения.

«Мы знали, что в этом вопросе есть какая-то ценность, но мы не знали, что сходство пойдет до генетического уровня», — сказала Кайла.

«Выявление генетического полиморфизма у голой родинки KCC2 стало неожиданностью», — добавил Пускарджов. «Помимо небольшого подмножества людей, голые родинки в настоящее время являются единственными другими млекопитающими, которые, как известно, питают этот вариант».

Дальнейшее изучение принесло больше сюрпризов. Когда исследователи дали обнаженной родичке противозадирный препарат диазепам, препарат вызвал приступ, а не предотвратил его. Хотя результат был неожиданным, он помог им разобраться в годах необычных поведенческих и электрофизиологических данных: голые родинки полагались на углекислый газ, чтобы помочь им компенсировать недостатки в тормозящей GABAergic системе мозга.

KCC2 является транспортером хлорида: его обычная работа заключается в контроле количества хлорида внутри нейронов. У типичного взрослого млекопитающего уровень хлоридов в центральных нейронах поддерживается низким. Когда нейромедиатор ГАМК связывается с нейроном, в него входит хлорид, который блокирует активность нейрона. Эта способность снижать нейронную активность необходима для того, чтобы многие тысячи нейронов работали согласованно и избегали чрезмерного возбуждения. У голой родинки и людей с мутацией KCC2 не так эффективно удаляет хлорид из нейронов. В результате этот тормозной каскад не работает так же хорошо.

«Обнаженные мозги крысиного моллюска лишены некоторых ограничений, в которых нуждается млекопитающее. Вместо этого они используют углекислый газ, чтобы вернуться туда, где они должны быть», — сказал Сион. «Они предпочитают уровень СО2, который паникует человека, но его беспокоит свежий воздух. Они воспользовались возможностью буквально вырыть себе нишу».

Как объясняют исследователи, мозг с нарушенным торможением обычно является недостатком, как у людей, склонных к фебрильным судорогам. Это работает для голых крольчат, потому что они полагаются на окружающую среду, богатую углекислым газом, чтобы поддерживать мозг в нормальных условиях. «Мы считаем, что они используют двуокись углерода в гнезде, чтобы компенсировать свою обнищавшую систему ГАМК», — сказал Кайла.

Исследователи полагают, что полученные данные могут дать существенный ключ к пониманию того, почему голые родинки являются одним из двух видов млекопитающих, которые развивают эусоциальность и живут вместе в высокооплачиваемых колониях.

«Области с низким содержанием углекислого газа могут вызывать повышенную возбудимость, чрезмерную стимуляцию или беспокойство. Их физиология мозга заставляет их возвращаться в гнездо, а не отправляться самостоятельно», — сказал Макклоски. Поддержка этой идеи исходит из открытия исследователей, что у единственного другого млекопитающего, страдающего эусоциальным заболеванием, родинки Damaraland, немного отличается по мутации в том же месте на гене KCC2, что и голая родинка.

В дополнение к пониманию эволюции родинок, результаты могут также иметь значение для людей, которые несут вариант KCC2, включая тех, которые склонны к фебрильным приступам и людей с идиопатической генерализованной эпилепсией, шизофренией или аутизмом, которые в некоторых случаях также имеют вариант По словам исследователей. «Характер дыхания и потребности этих людей в диоксиде углерода — это то, что нужно учитывать», — сказала Кайла.

---

Источник истории:

Материалы предоставлены Cell Press . Примечание: содержание может быть отредактировано по стилю и длине.

---

Ссылка на журнал :

1. Майкл Сионс, Эдвард Ф. Михан, Майкл Э. Кресс, Дональд Тевелингам, Эдмунд С. Дженкинс, Кай Кайла, Мартин Пускаржов, Дэн П. Макклоски. Гнездо-углекислотные маски ГАМК-зависимая судорожная восприимчивость у голой крысы . Современная биология , 2020; DOI: 10.1016 / j.cub.2020.03.071