Углекислый газ успокаивает мозг голым землекопам
Подобно некоторым детям, голые землекопы могли бы страдать от фебрильных судорог, но их спасает высокий уровень CO2 в подземных гнёздах.
Голых землекопов из Африки трудно назвать симпатичными существами, но эти грызуны замечательны своей странной физиологией: они нечувствительны к некоторым видам боли, у них не бывает злокачественных опухолей, они живут необычайно долго для грызунов своего размера – до 31 года. Долгожительство голых землекопов пользуется особой популярностью у исследователей: говорят, что землекопы живут так долго потому, что синтезируют много гиалуроновой кислоты, которая защищает их от опухолей, ещё потому, что хорошо ремонтируют свою ДНК, и ещё потому, что они не дают своим генам работать слишком активно.
Наконец, землекопы известны тем, что хорошо переносят нехватку кислорода – они могут выдержать без него целых 18 минут. При этом они легко переносят высокие концентрации углекислого газа. Но «переносят» – не совсем точное слово: землекопам нужен углекислый газ, без которого у них начинаются припадки, похожие на фебрильные судороги, от которых страдают некоторые маленькие дети. Фебрильными судорогами называют припадки, возникающие при внемозговых заболеваниях с повышением температуры выше 38 °С. И по крайней мере, у некоторых из детей, подверженных фебрильным судорогам, есть мутации в гене KCC2 – совсем как у голых землекопов.
Ген KCC2 кодирует белок, который выкачивает хлорид-ионы из клетки наружу. Белок KCC2 регулирует активность нервных клеток, ведь работа нейронов зависит от соотношения концентраций ионов по обе стороны мембраны. Обычно поток хлорид-ионов зависит от нейромедиатора ГАМК – гамма-аминомасляной кислоты, которая подавляет электрическую активность нервных клеток. Успокоительный препарат диазепам подавляет припадки благодаря тому, что стимулирует выброс ГАМК. Но если KCC2 мало или он работает не так, как должно, нейромедиатор ГАМК станет не успокаивать, а, наоборот, стимулировать активность нервных клеток.
У голых землекопов с мутацией в KCC2 так и происходит: если им дать диазепам, это только спровоцирует у грызунов судороги. Но если к диазепаму добавить углекислый газ, то есть повысить его концентрацию в воздухе вокруг землекопов, то диазепам снова станет успокоительным. Исследователи из Нью-Йоркского университета и Университета Хельсинки, которые ставили эксперименты с землекопами и диазепамом, пишут в Current Biology, что землекопам нужен углекислый газ, чтобы ГАМК-система могла уменьшить активность нейронов.
Работа ионного KCC2-насоса требует много энергии, то есть много еды, а голые землекопы, живущие в сложных разветвлённых норах и почти не появляющиеся на поверхности, не всегда могут много еды достать. Зато в их гнёздах высока концентрация СО2 – например, там, где живёт и размножается королева колонии, концентрация СО2 достигает 2,33% (тогда как в атмосферном воздухе его всего 0,03%). Землекопы смогли уменьшить энергетические расходы на KCC2, положившись на углекислый газ, который сам по себе способен успокаивать нейроны, действуя на рецепторы ГАМК.
Скорее всего, то же самое происходит у детей, подверженных фебрильным судорогам. При повышении температуры ребёнок начинает чаще дышать, а значит, углекислый газ уходит из организма быстрее обычного, а поскольку ионный KCC2-насос работает не так, как надо, нейроны начинают активничать слишком сильно и начинается судорожный припадок.
Мутации в гене KCC2 встречаются также у людей с эпилепсией, шизофренией, аутизмом, и не исключено, что их психические аномалии отчасти связаны с тем, что из-за мутантного KCC2 в нейронах не работает тормозная система. В таком случае, изучая особенности нейрофизиологии землекопов, мы сумеем найти средство, которое сможет помочь тем, кто страдает от подобных психоневрологических патологий.
По материалам Phys.org
