生物科学门户网站
BIO1000.COM

低氧气如何构建更大 更强壮的鳄鱼心脏

在早期生命发育过程中受限制的氧气可能会对许多生物造成持久的心脏损伤,但不会对鳄鱼造成伤害。低氧不会伤害他们的心脏; 它使他们更强大。

现在,圭尔夫大学的研究人员开始明白为什么,在“ 科学报告”上发表的一项新研究中,确定了鳄鱼心脏如何从鸡蛋的早期艰难状况中受益。

它的基础研究具有使人类受益的巨大潜力。

与许多蜥蜴和海龟一样,短吻鳄的生命就像埋在深巢中的卵子一样,埋藏在最深处的卵子接收的氧气量最少。

“生命早期的低氧会影响正常的生长和发育过程,特别是在心脏中。在像我们这样的胎盘哺乳动物中,这些变化是消极的并且持续到成年期。但是在短吻鳄中我们看到了不同的东西:巢中最少的氧气实际上可能会茁壮成长,“负责这项研究的U of G的综合生物学系兼职教授Sarah Alderman说。

在低氧条件下发育的短吻鳄 - 或缺氧 - 从巢中出现的心脏比它们的兄弟姐妹更大更强壮,它们可以获得更多的空气作为胚胎。他们的心脏在运动时也表现得更好,这可能有助于他们更长时间地保持呼吸或通过追逐忍受。

奥尔德曼和她的合作者想要了解的是,哪些变化会产生这些更强大,更有效的心。因此,他们着手确定哪些蛋白质差异标志着缺氧鳄鱼心脏。

来自路易斯安那州洛克菲勒野生动物保护区的一个团队从避难所的湿地中取出鳄鱼卵,然后将它们送到北德克萨斯大学的同事那里。在那里,一些鸡蛋被保存在缺氧的孵化器中,而其余的鸡蛋则在具有正常氧气水平的培养箱中饲养。

G团队的U团队收到了鳄鱼心脏的样本,并在加拿大自然科学和工程研究委员会(NSERC)的资助下,使用一种称为“鸟枪蛋白质组学”的方法分析了这些心脏中的蛋白质。

他们发现鸡蛋中的低氧导致心脏用于制造心脏蛋白质的某些关键分子的丰度发生变化,将这些蛋白质整合到细胞中,以及快速去除和回收任何受损蛋白质。

“基本上,这些鳄鱼增加了这些过程所需的机器,”奥尔德曼说。

他们在胚胎心脏中发现的大多数变化在两年后仍然明显存在于少年短吻鳄的心脏中,也是在缺氧时产生的。

同样,Alderman发现缺氧心脏有更多的蛋白质参与能量所需的脂质或脂肪的分解。

“当他们为了能量燃烧脂肪时,心脏是最有效的,”奥尔德曼说,并指出运动员的心在这方面特别擅长。“但在人类中,当心脏进展为心力衰竭时,它会转向燃烧糖类。”

事实上,在缺氧时胚胎中的鳄鱼心脏能够增强使用脂质将能量转化为晚年生命的能力,这可能是为什么缺氧对他们没有害的关键,因为类似的情况会对发育中的人类心脏造成影响。

虽然德克萨斯团队只能在他们两岁的时候才能研究鳄鱼 - “在那之后,将鳄鱼留在实验室中变得有点危险,”Alderman指出 - 所有迹象都表明这些蛋白质表达的变化。心是永久的。

综合生物学系教授Todd Gillis教授表示,这项研究表明,胚胎发育过程中的环境条件对成年人随后的健康状况有多么重要。

“很明显,在这个早期阶段发生的压力因素会产生长期影响,因为正如我们在这里看到的那样,它会改变动物的生物学,”他说。

Gillis是G的心血管研究中心的创始成员,他说下一步是确定是什么引发了蛋白质表达的这些重要变化。吉利斯说,如果可以确定这一点,就会开辟一种方法,将这些发现应用于心脏衰弱的人类。

“如果你能找到一种方法来打开这些途径然后保持这种状态,那么这可能是一种改善心脏功能和保持心脏健康的方法。”

该研究小组最近获得了美国国家科学基金会的资助,继续开展这项工作。Alderman期待着下一阶段的研究,并指出短吻鳄对研究很有吸引力。

“鳄鱼在这个星球上行走的时间比人类长得多,而且在那段时间里它们没有太大变化 - 所以无论他们的心在做什么,他们都做得很好。”

郑重声明:本文版权归原作者所有,转载文章仅为传播更多信息之目的,如作者信息标记有误,请第一时间联系我们修改或删除,多谢。