Життя в горах змусило тибетських антилоп відмовитися від «дорослого» гемоглобіну

Американські вчені виявили, що тибетські антилопи пристосувалися до життя в умовах гіпоксії несподіваним шляхом. Інші високогірні тварини домагаються ефективного транспорту кисню за допомогою різного роду мутацій у глобинових генах (які кодують білкову частину гемоглобіну). Антилопи ж втратили «дорослу» форму глобина цілком, залишивши собі тільки «дитячі» варіанти, які краще зв'язуються з киснем. Роботу опубліковано в журналі.

У генах хребетних закодовано кілька форм гемоглобіну, і протягом життя організм може перемикатися з однієї на іншу. Це відбувається, наприклад, у ссавців після народження. Справа в тому, що в утробі матері дитині потрібна ізоформа, яка сильніше пов'язує кисень - це дозволяє конкурувати з материнськими еритроцитами і посилює транспорт газів крізь плаценту. Після народження в ній немає необхідності, і у дорослої людини еритроцити містять вже іншу ізоформу.

Іноді в дорослому організмі виробляються обидві ізоформи, і це може полегшити життя людини, якщо в її «дорослому» гемоглобіні завелася мутація, як, наприклад, при таласемії - в такому випадку «дитячий» білок компенсує дефекти дорослого. Буває і так, що в організмі ссавця форми гемоглобіну перемикаються залежно від ситуації - наприклад, при гіпоксії вівці і кози починають виробляти більше «дитячого» варіанту білка.

Ентоні Синьйоре (Anthony Signore) і Джей Сторц (Jay Storz) з Університету Небраски припустили, що схожі механізми можуть виявитися корисними і високогірною твариною, які часто виявляються в умовах дефіциту кисню. Своїм об'єктом дослідження вони вибрали тибетську антилопу (Panthelops hodgsonii), яка мешкає на висоті 3600-5500 м над рівнем моря, де парціальний тиск кисню вдвічі нижчий, ніж на узбережжі - що не заважає тваринам скакати по горах зі швидкістю понад 70 кілометрів на годину.

Для початку дослідники охарактеризували локус лід-глобінових генів (від яких залежить тип білкової частини гемоглобіну) біля тибетської антилопи. Відомо, що у найближчих родичів антилопи - корів, кіз і овець - цей локус влаштований по-різному. У корів у ньому є два варіанти глобину:  A, який утворює «дорослу» форму білка, і  F, який відповідає за «дитячий» варіант. У кіз і овець же і «А», і «F» працюють у дорослому віці, але з'явився третій варіант - С, який якраз експресується у зародків.

У тибетської антилопи вчені виявили два варіанти, які були розташовані приблизно так само, як у корови. Однак порівняльний геномний аналіз показав, що антилопи втратили варіант - найпоширеніший серед ссавців, таким чином, залишившись без «дорослої» форми гемоглобіну. Таким чином, у антилоп виявилися сліди педоморфозу - еволюційного процесу, в ході якого доросла особина набуває ознак дитинча.

Автори роботи перевірили, чи дійсно втрата «дорослого» варіанту надає гемоглобіну антилоп здатність ефективно пов'язувати кисень. Вони виміряли мінімальний тиск кисню, необхідний для напівнасичення гемоглобіну, і він виявився нижчим, ніж у інших полорогих тварин.

Вчені вже неодноразово виявляли у високогірних тварин механізми, які дозволяють підтримувати аеробну активність в умовах гіпоксії, причому нерідко ці пристосування були пов'язані саме з гемоглобіном. Однак досі йшлося саме про точкові мутації та зміни в структурі білка - і тут кожна група тварин рухалася своїм шляхом. Тепер же стало ясно, що тибетські антилопи набули своєї стійкості до гіпоксії зовсім по-іншому. І це унікальний приклад того, як пристосування до конкретних умов виникає в результаті регуляції роботи генів - «дитяча» форма білка починає працювати у дорослих особин і настільки успішно, що повністю витісняє «дорослу» форму з геному.

Пристосування до життя в горах можна знайти і у людей. Ми вже писали про те, як жителі високогірних Анд виявилися захищені від віспи, а мешканці Тибету обзавелися додатковим обсягом плазми крові. А про те, як живуть найбільш високогірні рослини, читайте в нашому блозі «Високо сиджу, далеко гляжу».