Les animaux qui hibernate sont incroyablement résistants. Ils peuvent passer des mois sans nourriture ni eau, les muscles refusant d'atrophier, la température corporelle tombant à proximité de leur métabolisme et leur activité cérébrale lentent à une rampe. Lorsqu'ils émergent de l'hibernation, ils se remettent de changements de santé dangereux similaires à ceux observés dans le diabète de type 2, la maladie d'Alzheimer et les accidents vasculaires cérébraux.
De nouvelles recherches génétiques suggèrent que les superpuissances des animaux en hibernation pourraient être cachées dans notre propre ADN et fournit des indices sur la façon de les déverrouiller, ouvrant la porte à un jour en développement de traitements qui pourraient inverser la neurodégénérescence et le diabète.
Deux études décrivant les résultats sont publiées dans Science.
La génétique du métabolisme et de l'obésité
Un groupe de gènes appelé « locus de masse grasse et d'obésité (FTO) » joue un rôle important dans les capacités des hibernateurs, ont constaté les chercheurs. Curieusement, les humains ont ces gènes aussi. « Ce qui est frappant dans cette région, c'est qu'il s'agit du facteur de risque génétique le plus fort de l'obésité humaine », explique Chris Gregg, PhD, professeur en neurobiologie, anatomie et génétique humaine à l'Université de l'Utah Health et auteur principal des études. Mais les hibernateurs semblent capables d'utiliser des gènes dans le locus FTO de nouvelles manières à leur avantage.
L'équipe a identifié des régions d'ADN spécifiques à l'hibernator qui sont près du locus FTO et qui régulent l'activité des gènes voisins, en les réglant vers le haut ou vers le bas. Les chercheurs spéculent que l'ajustement L'activité des gènes voisins, y compris ceux du locus FTO ou près, permet aux hibernators de faire des kilos avant de s'installer pour l'hiver, puis d'utiliser lentement leurs réserves de graisse pour l'énergie tout au long de l'hibernation.
En effet, les régions réglementaires spécifiques à l'hibernateur en dehors du locus FTO semble crucial pour modifier le métabolisme. Lorsque les chercheurs ont muté ces régions spécifiques à l'hibernateur chez la souris, ils ont vu des changements dans le poids et le métabolisme de la souris. Certaines mutations ont accéléré ou ralenti la prise de poids dans des conditions alimentaires spécifiques; D'autres ont affecté la capacité de récupérer la température corporelle après un état d'hibernation ou un rythme métabolique global accordé vers le haut ou la baisse.
Curieusement, les régions d'ADN spécifiques à l'hibernateur identifiées n'étaient pas elles-mêmes des gènes. Au lieu de cela, les régions étaient des séquences d'ADN qui contactent les gènes à proximité et augmentent ou augmentent leur expression, comme un conducteur d'orchestre affinant le volume de nombreux musiciens. Cela signifie que la mutation d'une seule région spécifique à l'hibernateur a des effets de grande envergure s'étendant bien au-delà du locus FTO, explique Susan Steinwand, chercheur en neurobiologie et anatomie en U of U Health et premier auteur sur l'une des études. « Lorsque vous assommerez l'un de ces éléments, ce qui est un minuscule région d'ADN apparemment insignifiante – l'activité des centaines de gènes change », dit-elle. « C'est assez incroyable. »
La compréhension de la flexibilité métabolique des hibernateurs pourrait conduire à de meilleurs traitements pour les troubles métaboliques humains comme le diabète de type 2, selon les chercheurs.
Si nous pouvions réguler nos gènes un peu plus comme des hibernateurs, nous pourrions peut-être surmonter le diabète de type 2 de la même manière qu'un hibernateur revient de l'hibernation à un état métabolique normal. «
Elliott Ferris, MS, bioinformaticien à U of U Health et premier auteur de l'autre étude
Découvrir la réglementation de l'hibernation
Trouver les régions génétiques qui peuvent permettre l'hibernation est un problème semblable à des aiguilles à excavation d'une botte de foin d'ADN massive. Pour réduire les régions impliquées, les chercheurs ont utilisé plusieurs technologies indépendantes du génome entier pour demander quelles régions pourraient être pertinentes pour l'hibernation. Ensuite, ils ont commencé à chercher un chevauchement entre les résultats de chaque technique.
Tout d'abord, ils ont recherché des séquences d'ADN que la plupart des mammifères partagent, mais qui avaient récemment changé en hibernators. « Si une région ne change pas beaucoup d'espèces en espèces pendant plus de 100 millions d'années mais change rapidement et radicalement chez deux mammifères d'hibernation, alors nous pensons que cela nous pointe vers quelque chose qui est important pour l'hibernation, en particulier », explique Ferris.
Pour comprendre les processus biologiques qui sous-tendent l'hibernation, les chercheurs ont testé et identifié des gènes qui montent ou baissent pendant le jeûne chez la souris, ce qui déclenche des changements métaboliques similaires à l'hibernation. Ensuite, ils ont trouvé les gènes qui agissent comme des coordinateurs centraux, ou des «centres» de ces changements induits par le jeûne, l'activité des gènes.
De nombreuses régions d'ADN qui avaient récemment changé dans les hibernators semblaient également interagir avec ces gènes centraux de Hub de coordination. Pour cette raison, les chercheurs s'attendent à ce que l'évolution de l'hibernation nécessite des changements spécifiques aux contrôles des gènes du Hub. Ces contrôles comprennent une liste restreinte d'éléments d'ADN qui sont des voies pour une enquête future.
Éveiller le potentiel humain
La plupart des changements associés au hibernator dans le génome semblaient « briser » la fonction de morceaux spécifiques d'ADN, plutôt que de conférer une nouvelle fonction. Cela laisse entendre que les hibernators peuvent avoir perdu des contraintes qui autrement empêcheraient une flexibilité extrême dans la capacité de contrôler le métabolisme. En d'autres termes, il est possible que le « thermostat » humain soit verrouillé sur une gamme étroite de consommation d'énergie continue. Pour les hibernators, cette serrure peut avoir disparu.
Les hibernateurs peuvent inverser la neurodégénérescence, éviter l'atrophie musculaire, rester en bonne santé malgré des fluctuations de poids massives et montrer un vieillissement et une longévité améliorés. Les chercheurs pensent que leurs résultats montrent que les humains ont peut-être déjà le code génétique nécessaire pour avoir des superpuissances similaires de type hibernator – si nous pouvons contourner certains de nos commutateurs métaboliques.
« Les humains ont déjà le cadre génétique », explique Steinwand. « Nous avons juste besoin d'identifier les commutateurs de contrôle pour ces traits d'hibernator. » En apprenant comment, les chercheurs pourraient aider à conférer une résilience similaire aux humains.
« Il y a potentiellement une possibilité de comprendre ces mécanismes liés à l'hibernation dans le génome pour trouver des stratégies pour intervenir et aider les maladies liées à l'âge », explique Gregg. « Si cela est caché dans le génome que nous avons déjà, nous pourrions apprendre des hibernateurs pour améliorer notre propre santé. »
Les résultats sont publiés dans Science En tant qu'éléments cis non codants conservés associés à l'hibernation modulent les adaptations métaboliques et comportementales chez la souris « et la » convergence génomique chez les mammifères d'hibernation élucide la génétique de la régulation métabolique dans l'hypothalamus « .
La recherche a été soutenue par les National Institutes of Health (numéro de subvention T32HG008962), comprenant également le National Institute on Aging (Numéros de subventions R01AG064013 et RF1AG077201), le National Institute of Mental Health (Numéro de subvention R01MH109577), la Bibliothèque nationale de la médecine (numéro de subvention T15LM007124). Le contenu est uniquement la responsabilité des auteurs et ne représente pas nécessairement les opinions officielles des National Institutes of Health.
Déclaration de conflit d'intérêts: Chris Gregg est co-fondateur, consultant et / ou a des intérêts financiers dans Storyline Health Inc., DePoiq Inc., Primordial AI Inc. et Rubicon AI Inc.; Elliot Ferris est un consultant avec des intérêts financiers dans Primordial AI Inc.; Jared Emery est un employé ayant des intérêts financiers dans Storyline Health Inc.
