Genstudie des Winterschlafs kann bei Organtransplantationen und Hypothermie helfen

Genstudie des Winterschlafs kann bei Organtransplantationen und Hypothermie helfen
Genstudie des Winterschlafs kann bei Organtransplantationen und Hypothermie helfen
Anonim

Jeden Winter vollbringen überwinternde Tiere eines der großen physiologischen Wunder der Natur. Eingegraben in ihren Höhlen überleben sie Monate bitterer Kälte ohne Nahrung, indem sie ihre Herzfrequenz, ihren Stoffwechsel und ihre Körpertemperatur auf ein Niveau senken, das für Menschen und andere Säugetiere, die keinen Winterschlaf h alten, tödlich wäre.

Wissenschaftler haben schon lange verstanden, warum Tiere Winterschlaf h alten. Aber wie sie diese erstaunliche Transformation durchführen – welche Gene genau ihren Beginn im Herbst und ihre Umkehrung im Frühjahr steuern – ist weitgehend ein Rätsel geblieben.

Jetzt, dank einer bahnbrechenden fünfjährigen Studie von Genetikern der North Carolina State University, beginnen sich die Teile dieses genetischen Puzzles zusammenzusetzen.

Dr. Matthew Andrews und sein Forschungsteam haben zwei Gene für Enzyme identifiziert und kartiert, die bei Erdhörnchen eine wichtige Rolle beim Winterschlaf spielen, und haben entdeckt, dass diese Gene nahezu identisch mit denen sind, die in Säugetieren, einschließlich Menschen, gefunden werden, die keinen Winterschlaf h alten.

Da die Gene in allen Säugetieren zu finden sind, nicht nur in Arten, die Winterschlaf h alten, haben die Ergebnisse der Studie Auswirkungen weit über den Bereich der Zoologie hinaus, sagt Andrews.

"Wenn wir die Enzyme identifizieren können, die für die Erh altung von Organen, die Reduzierung des Glukoseverbrauchs und die Aufrechterh altung des Muskeltonus während eines extremen Zustands wie des Winterschlafs verantwortlich sind, könnten Ärzte dieses Wissen nutzen, um neue Strategien zur Verlängerung der "H altbarkeit" menschlicher Organe zu entwickeln für Transplantationen oder zur Unterstützung von Menschen, die an Hunger, Muskelschwund, Hypothermie und Hypoxie leiden, bestimmt sind", erklärt er.

Eines der von Andrews und seinem Forschungsteam identifizierten Gene steuert die Produktion der pankreatischen Triglyceridlipase (PL), einem Enzym, das Triglyceride – gespeicherte Fettsäuren – aufsp altet und sie in nutzbare Fette als Brennstoff im Winterschlafboden umwandelt Eichhörnchen. Das zweite Gen kodiert für die Produktion von Pyruvat-Dehydrogenase-Kinase-Isozym 4 (PDK-4), einem Enzym, das während Hungerzeiten ausgelöst wird und dabei hilft, die Glukosevorräte des Körpers zu erh alten. Beide Gene werden in den Herzen der Eichhörnchen bei oder kurz vor Beginn des Winterschlafs exprimiert.

Die Ergebnisse von Andrews könnten auch für Evolutionsbiologen von Interesse sein. Wenn der Winterschlaf durch die unterschiedliche Expression bestehender Säugetiergene gesteuert wird, wie die Forschung nahelegt, dann könnte die Identifizierung dieser Gene Aufschluss darüber geben, wie sich andere Säugetiere an extreme Umweltveränderungen anpassen könnten (oder wie sich ihre Vorfahren vor langer Zeit angepasst haben). In Zukunft könnten sie Wissenschaftlern sogar dabei helfen, Astronauten während einer Langzeit-Raumfahrt sicher in einen Winterschlaf-ähnlichen Zustand zu versetzen.

Andrews berichtete erstmals 1998 in den Proceedings of the National Academy of Sciences über die Identifizierung der beiden Gene. Seitdem haben er und sein Team die Gene kartiert und ausführlicher dokumentiert, wie und wann sie eingesch altet werden überwinternde Grundeichhörnchen und wie sich dies von ihrem Ausdruck bei nicht überwinternden Säugetieren unterscheidet. (Pankreaslipase (PL) wird beispielsweise normalerweise in der Bauchspeicheldrüse von Säugetieren exprimiert, die keinen Winterschlaf h alten, nicht im Herzen.) Weitere Studien werden sowohl an sommeraktiven als auch an überwinternden Tieren durchgeführt, um zusätzliche Gensequenzen zu identifizieren und zu isolieren.

Die Studie wird vom North Carolina Biotechnology Center und dem U.S. Army Research Office finanziert.

- Lucas -

HINWEIS FÜR REDAKTEURE: Ein Farbfoto von Dr. Matthew Andrews, der ein Ziesel im Winterschlaf hält, ist verfügbar unter http://www2.ncsu.edu/ncsu/univ_relations/release.html (klicken Sie auf aktuelle Veröffentlichungen und dann auf die Überschrift der Geschichte) oder indem Sie NC State News Services unter 919/515-3470 anrufen.Um eine Kopie von Andrews' begutachtetem Artikel von 1998 in den Proceedings of the National Academy of Sciences zu erh alten, kontaktieren Sie Tim Lucas unter der News-Services-Nummer oder senden Sie ihm eine E-Mail an [email protected]

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