Марсупиалы помогли найти происхождение "греющего" органа млекопитающих
Около 100 миллионов лет назад эволюционный сдвиг позволил плацентарным млекопитающим диверсифицироваться и заселить холодные регионы планеты. Новое исследование Стокгольмского университета показывает, что типичный "греющий" орган млекопитающих — бурая жировая ткань — эволюционировал исключительно у современных плацентарных млекопитающих. Работа опубликована в журнале Science.
Исследовательская группа в сотрудничестве с Helmholtz Munich, Музеем естествознания в Берлине (Германия) и Университетом Восточной Англии (Великобритания) показала, что у наших дальних родственников — сумчатых млекопитающих — присутствует не полностью развитая форма бурого жира.
Было обнаружено, что ключевой термогенный белок UCP1 стал активным после разделения плацентарных и сумчатых млекопитающих. Это открытие важно для понимания роли бурого жира в эволюции млекопитающих, теплокровности и метаболизме.
"Наше исследование — важный вклад в понимание происхождения и регуляции бурого жира", — говорит Сюзанна Кейперт, соавтор исследования.
"Энергопотребляющая функция бурого жира — важный фокус медицинских исследований из-за его потенциала в борьбе с ожирением, диабетом и кардиометаболическими заболеваниями".
Что обнаружили учёные?
Новое исследование показывает, что ген UCP1 у сумчатых активно транскрибируется в жировой ткани молодых опоссумов в критический период развития, когда они впервые покидают мать и испытывают холодовой стресс. Это аналогично рождению у плацентарных млекопитающих, когда большинству детёнышей нужен бурый жир для терморегуляции.
Во время транскрипции UCP1 в тканях сумчатых присутствуют многие, но не все гены, обычно экспрессируемые в буром жире. Это указывает, что сумчатые не обладают полностью развитой бурой жировой тканью, как плацентарные. Кроме того, белок UCP1 у них не производит тепло, что говорит об отсутствии термогенной функции у этой прото-формы бурого жира.
"Это свидетельствует, что генные сети, необходимые для термогенеза, существовали ещё до разделения сумчатых и плацентарных. Однако ключевой белок UCP1 эволюционировал свою способность производить тепло только после этого разделения", — объясняет Мартин Ястрох.
Почему важно изучать эволюционное древо млекопитающих?
"Чтобы найти происхождение бурого жира, мы не можем использовать машину времени. Но, изучая ныне живущие виды, которые разошлись в разные моменты эволюционной истории, мы можем определить, у кого есть бурая жировая ткань и какие компоненты её "греющего" механизма присутствуют", — говорит Кейперт.
Сумчатые отделились от плацентарных млекопитающих около 120–180 миллионов лет назад. Если бы у них был функциональный бурый жир, это означало бы, что орган существовал до разделения. Поскольку его нет, он, вероятно, эволюционировал позже.
С помощью биоинформатических инструментов на основе последовательностей UCP1 многих животных исследователи реконструировали древний белок UCP1 общего предка плацентарных млекопитающих, каким он мог быть около 110 миллионов лет назад.
Они обнаружили, что этот древний белок мог производить тепло, что указывает на наличие термогенного бурого жира у предка плацентарных млекопитающих, но не ранее. Эта инновация, вероятно, позволила им процветать в новых холодных средах.
Факты о бурой жировой ткани
- Бурый жир — уникальный "греющий" орган плацентарных млекопитающих, производящий тепло через белок UCP1.
- Белок UCP1 превращает митохондрии в миниатюрные нагревательные элементы, напрямую преобразующие жиры и сахара в тепло.
- Бурый жир позволяет новорождённым плацентарным млекопитающим, включая младенцев человека, выживать при холодовом стрессе после выхода из тёплой утробы.
- Позже в жизни бурый жир может защищать от метаболических осложнений, сжигая избыточные жиры и сахара.