IGI 研究人员 Dengke Ma 发现了一种独特的蛋白质，可以让冬眠者在极端压力下生存，对治疗人类疾病具有重要意义。
冬眠是一项了不起的壮举。 动物会显着降低体温、新陈代谢和血流量，使它们能够在严酷的冬季条件下生存。 北极地松鼠将这一点发挥到了极致。 原产于阿拉斯加、西伯利亚和加拿大北部的北极地松鼠在冬眠时体温会降至冰点以下，流向大脑的血流量减少了 90% 以上。
失去血流意味着失去氧气，这会导致人类和其他非冬眠哺乳动物的严重组织损伤。 血流突然返回到缺氧区域也会导致受伤或死亡。 不知何故，北极地松鼠能够在血氧丢失和突然恢复的情况下存活下来。
“我的实验室有兴趣了解 基因 和保护路径 细胞 在中风和心脏病发作等情况下，需要高能量的细胞，如神经元和心脏细胞，往往会因为与氧气隔绝而受损或死亡，”IGI 成员说 马登科，加州大学旧金山分校生理学系和心血管研究所助理教授， 纸 今天发表在 eLife 杂志上。
马和他的研究团队一直在 IGI 的资助下研究北极地松鼠的独特生物学 Shurl & Kay Curci 基金会教师学者计划，一个支持早期职业教师的计划，其大胆的想法使用 CRISPR 以促进人类健康。
“了解北极地松鼠如何承受氧气损失可以帮助我们为心脏病发作和中风创造更好的治疗方法，”马说。
我们人类可能为自己的聪明而自豪，但北极地松鼠的大脑有一些关键优势。
“人类脑细胞很敏感，只能在几分钟内没有氧气，”第一作者 Neel Singhal 解释说。 “北极地松鼠可以切断大脑供氧六分钟，而且细胞很好。”
是什么造就了超级细胞？
Ma 的团队专注于研究北极地松鼠神经元前体细胞 (NPC)，它们类似于神经元，但更容易在实验室环境中生长。 马和他的团队发现，即使面临低氧、低营养、寒冷的温度和严酷的化学压力，这些 NPC 也能保持健康。 来自不冬眠的小鼠的 NPC 在相同条件下显示出损伤。
为了弄清楚哪些基因赋予松鼠非凡的恢复能力，马和他的团队从北极地松鼠中制作了一个基因库，并将每个基因插入小鼠 NPC。 然后，他们让小鼠 NPC 承受强烈的压力——只有获得保护基因的小鼠 NPC 才能在压力下存活下来。
线粒体的秘密
在他们鉴定的基因中，他们专注于一种特定的线粒体基因 ATP5G1。 线粒体，“细胞的动力源”，是细胞中利用氧气产生能量的部分。 这 蛋白质 ATP5G1 是线粒体能量产生的关键部分。 Ma 的团队将北极地松鼠版的 ATP5G1 添加到小鼠 NPC 中，小鼠 NPC 变得更加抗压。 将该基因的北极地松鼠版本与非冬眠地松鼠、小鼠、兔子和其他小型哺乳动物的基因版本进行比较，他们发现尽管非常相似，但北极地松鼠的基因的一些特定部分是不同的。
在相反的实验中，马使用 的DNA 基础编辑 — CRISPR 的新变种—CAS号 基因编辑 — 改变北极地松鼠细胞中基因的独特部分。 当他们将 ATP5G1 编辑为更接近其他啮齿动物的版本时，细胞失去了抗压能力。 总之，这些测试证实了这种独特版本的线粒体蛋白对北极地松鼠非凡的冬眠能力至关重要。
接下来的步骤
马现在正致力于将北极地松鼠基因变异体放入中风和心脏病发作的小鼠模型中，看看它们是否能保护动物免受伤害。 如果成功，他希望创造一种基因编辑疗法，可以在心脏病发作或中风后给予患者，从而保护他们免受复发性发作。
“这一发现将为开发潜在的 CRISPR 基因组-基于编辑的治疗策略来治疗人类缺血性疾病，如中风和心脏病发作，”马解释道。 “基础研究实际上是为人类健康问题寻找新疗法的基础。”
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安迪·默多克：andymurdock@berkeley.edu
