În câteva cuvinte
Un studiu recent relevă cum o mutație genetică unică permite cailor să genereze energie excepțională cu daune celulare minime, stând la baza abilităților lor atletice remarcabile. Această descoperire privind ocolirea unui «codon stop» genetic, anterior observată doar la virusuri, deschide noi perspective pentru tratamentul unor boli genetice umane precum fibroza chistică.
Caii sunt atleți excepționali, capabili să își împingă corpurile mari mai departe și mai repede decât multe alte animale.
Gianni Castiglione, biolog la Universitatea Vanderbilt, nu și-a propus inițial să studieze caii. El și colegii săi erau interesați de modul în care diferite specii de animale echilibrează nevoia de a produce energie cu produsele secundare dăunătoare ale acestei producții.
«Pentru a produce energie, am făcut un pact cu diavolul pentru a avea, practic, un foc mocnit în celulele noastre», a spus el. Acest foc arde oxigenul pentru a crea energie. Dar acest proces generează mult fum, sau stres oxidativ, care poate dăuna celulelor.
Se pare că caii au dezvoltat o modalitate neobișnuită de a regla acest compromis, permițându-le să producă mai multă energie fără a suferi daune celulare suplimentare, raportează cercetătorii într-un jurnal științific. Aceste modificări genetice ar putea explica, parțial, cum au devenit caii atleți atât de puternici, capabili să depășească în viteză și rezistență aproape toate celelalte animale.
«Caii pot face acest foc să ardă și mai tare și să producă chiar mai puține daune decât ar fi în cazul unei specii precum omul», a spus Castiglione.
Modificările au avut loc într-o cale genetică cheie numită NRF2/KEAP1. Această cale detectează acumularea de stres oxidativ și apoi activează producția de antioxidanți, care îl pot curăța, a explicat Castiglione. «Este, în esență, producția de energie și departamentul de pompieri, totul într-unul.»
Castiglione și colegii săi au scanat genomurile a aproape 200 de specii de mamifere în căutarea unor variante neobișnuite în această cale. Caii s-au remarcat printr-o singură mutație extrem de neobișnuită.
«Este un tip de mutație numită mutație nonsens», a spus el. «Aceasta pentru că distruge o genă, o inactivează, împiedicând-o să facă ceea ce celula are nevoie.» Practic, a plasat un semn de stop, numit codon stop, spre începutul genei KEAP1. Codonii stop semnalează în general unde se termină o genă, așa că prezența unuia la început ar «distruge» gena.
Această mutație este letală pentru șoareci, probabil pentru că permite acumularea excesivă de «fum» în celule. Așa că Castiglione a fost nedumerit. «Ne-am gândit, wow, cum reușesc caii să facă față la asta?»
Printr-o varietate de tehnici genomice și moleculare, cercetătorii au găsit un răspuns.
«Caii au dezvoltat o strategie foarte complexă pentru a ocoli acest codon stop», a spus Elia Duh, co-autor al studiului și biolog molecular la Universitatea Johns Hopkins. În esență, o suită de mutații le permite să ignore semnul de stop, făcând gena să funcționeze, dar într-un mod ușor diferit, care în cele din urmă îi avantajează pe cai.
Cercetătorii au descoperit că aceste mutații, apărute la strămoșii tuturor cailor moderni, permit celulelor lor musculare să producă de până la cinci ori mai multă energie decât celulele de șoarece, în timp ce simultan își intensifică sistemul de control al daunelor cu 200%.
«Acest lucru le oferă mijloacele biochimice pentru a alerga rapid și pe distanțe lungi», a spus Duh. Acest lucru îi ajută în cele din urmă să devină adevărate forțe aerobice.
«Îmi place foarte mult această lucrare», a spus Samantha Brooks, cercetătoare în genetica cailor la Universitatea din Florida. Mutația, a spus ea, «ar fi trebuit să provoace o pierdere catastrofală a funcției acestei proteine. Dar, în schimb, strămoșii acestor specii au reușit cumva să transforme cu adevărat acea lămâie în limonadă.»
Modul în care au făcut limonadă – ignorând un codon stop – a fost raportat anterior doar la virusuri, spun cercetătorii.
Această adaptare ar putea avea implicații pentru sănătatea umană. Multe boli ereditare, cum ar fi fibroza chistică și distrofia musculară, provin din apariția codonilor stop în gene importante. Dacă cercetătorii pot înțelege mai bine cum reușesc caii să ignore astfel de codoni stop, a spus Duh, poate că ar putea dezvolta terapii genice care să facă exact acest lucru și la oameni.
