Genome maintenance and bioenergetics of the long-lived hypoxia-tolerant and cancer-resistant Spalax representatives: a longevity model

Разработчики

Асаф Малик, Веред Доманкевич, Аарон Авиви, Имад Шамс и др.

Описание технологии

Представители рода Spalax, слепыши, испытывают в их естественной подземной среде обитания острые циклы гипоксия-реоксигенация. На клеточном уровне эти условия, как известно, способствуют геномной нестабильности, которая лежит в основе как рака, так и старения. Вопреки этому животные из рода Spalax является долгоживущими и устойчивы как к спонтанному, так и к индуцированному образованию раковых опухолей. Это явление настолько интересно, что в последние годы превратило некоторых членов рода Spalax в одну из наиболее любопытных экспериментальных моделей продолжительности жизни.

Для изучения этого очевидного парадокса авторы технологии использовали вычислительную процедуру, которая позволяет выявить различия в относительном содержании транскриптов между слепышами и близкородственным им наземным видом, серыми крысами Rattus norvegicus при исследовании особей разного возраста. То есть, эта технология дает метод кросс-видового анализа транскриптома мозга у короткоживущих и долгоживущих родственных таксонов. Функциональный анализ обогащения показал, что в тканях головного мозга Spalax в целом поддерживаются значительно более высокие уровни нормоксических мРНК генов, ассоциированных с репарацией повреждений ДНК и метаболизмом ДНК, и при этом поддерживаются значительно более низкие уровни мРНК генов, вовлеченных в биоэнергетику. Многие из генов, которые характеризовались более высоким относительным содержанием транскриптов у слепышей, участвуют в репарации ДНК и метаболических путей, что у других видов, как было показано, подавляется в условиях гипоксии. Эти гены необходимы также для преодоления репликативного и окислительного стресса в течение последующей реоксигенации. Эти дифференцированно экспрессирующиеся гены могут предотвращать накопление повреждений ДНК в митотических и пост-митотических клетках, а также неполноценное возобновление репликации в митотических клетках, сохраняя тем самым целостность генома в качестве адаптации к острым циклам гипоксии-реоксигенации.

Практическое применение

Рассматриваемая технология может быть с успехом применена для изучения процессов старения. Она поможет исследовать самые глубокие и сложные механизмы старения.
Это исследование позволило установить, что участие генов, связанных с процессами поддержания генома, а также репарации и репликации ДНК, защищает животных рода Spalax от повреждений, вызванных флуктуациями кислорода, а также может быть связано с их относительно большой продолжительностью жизни и устойчивостью к возникновению раковых опухолей.

Подходы, лежащие в основе этой технологии, позволяют сравнивать родственные короткоживущие и долгоживущие виды, что даст возможность получить более полное понимание процессов старения и долголетия.

Лаборатории

• Institue of Evolution, University of Haifa, Haifa (Israel)
• Bioinformatics Core Unit, University of Haifa, Haifa (Israel)
• Deparment of Evolutionary and Environmental Biology, University of Haifa, Haifa (Israel)
• BGI-Tech, BGI-Shenzhen, Shenzhen (China)

Ссылки

Публикации

• Malik, A. et al. «Genome maintenance and bioenergetics of the long-lived hypoxia-tolerant and cancer-resistant blind mole rat, Spalax: a cross-species analysis of brain transcriptome." 6 Scientific Reports, (2016): 38624.
• Domankevich, v. et al. «Adaptive patterns in the p53 protein sequence of the hypoxia- and cancer-tolerant blind mole rat Spalax." 16 BMC Evol Biol, (2016): 177.
• Malik, A. et al. «Transcriptome analysis of the spalax hypoxia survival response includes suppression of apoptosis and tight control of angiogenesis." 13 BMC Genomics, (2012): 615.
• Avivi, A. et al. «Increased blood vessel density provides the mole rat physiological tolerance to its hypoxic subterranean habitat." 19 Faseb J, (2005): 1314–1316.