Голым землекопам нужен углекислый газ, чтобы избежать судорог

Африканские голые землекопы известны как "супергерои" животного мира: они устойчивы к раку, терпимы к боли и живут очень долго. Они также способны переносить высокие уровни углекислого газа (CO₂) и обходиться без кислорода несколько минут. Однако, как сообщается в Current Biology 30 апреля, исследователи обнаружили их "криптонит": для нормального функционирования им необходимы высокие уровни CO₂.

В то время как они процветают в тесных гнёздах, состав воздуха прямо у поверхности их нор в Восточной Африке делает их уязвимыми к судорогам. Это происходит, когда землекопы теряют CO₂. На горячей поверхности, начиная гипервентиляцию от жары на свежем воздухе, они впадают в судорожные припадки.

Генетическая причина

Исследователи выяснили, что эта потребность объясняется наличием миссенс-мутации в гене, кодирующем основной нейрональный хлоридный транспортер KCC2. Это открытие было сделано при изучении предрасположенности землекопов к судорогам в ответ на жар (как модель фебрильных судорог у детей).

Команда объединилась с экспертами из Университета Хельсинки (Кай Кайла и Мартин Пускарьов), которые ранее обнаружили мутацию, влияющую на KCC2, в семьях людей, склонных к фебрильным судорогам. Оказалось, что землекопы и эти семьи несут точно такую же генетическую модификацию.

"Помимо небольшой части людей, голые землекопы — единственные другие млекопитающие, у которых обнаружен этот вариант", — отметил Пускарьов.

Механизм: CO₂ как компенсатор

KCC2 — это хлоридный транспортер, который в норме поддерживает низкий уровень хлорида внутри нейронов у взрослых млекопитающих. Когда нейромедиатор GABA связывается с нейроном, хлорид входит и подавляет его активность. У голых землекопов и людей с мутацией KCC2 неэффективно выводит хлорид из нейронов, что ослабляет этот тормозной каскад.

Неожиданным ключом стало то, что противосудорожный препарат диазепам у землекопов вызывал судороги, а не предотвращал их. Это помогло понять годы необычных данных: землекопы полагаются на CO₂, чтобы компенсировать недостатки своей тормозной GABAергической системы.

"Их мозгу не хватает части торможения, необходимого млекопитающему. Вместо этого они используют углекислый газ, чтобы вернуться к нужному состоянию", — сказал Майкл Зионс. "Они предпочитают уровни CO₂, которые вызвали бы панику у человека, но испытывают проблемы со свежим воздухом".

Эволюционные и медицинские последствия

Исследователи полагают, что эти находки могут объяснить, почему голые землекопы — один из всего двух видов млекопитающих, развивших эусоциальность (жизнь в высококооперативных колониях).

"Области с низким содержанием CO₂ могут вызывать гиперактивность и перевозбуждение или тревогу. Их физиология мозга заставляет их возвращаться в гнездо, а не отправляться в одиночку", — сказал Дэн Макклоски. Подтверждением служит открытие, что второй эусоциальный млекопитающий — дамарский землекоп — имеет слегка иную мутацию в том же самом участке гена KCC2.

Выводы также могут иметь значение для людей с вариантом KCC2, склонных к фебрильным судорогам, а также для некоторых пациентов с идиопатической генерализованной эпилепсией, шизофренией или аутизмом. "Стоит учитывать паттерны дыхания и потребности в углекислом газе у этих людей", — отметил Кайла.