Люди все еще развиваются, и Татум Симонсон, доктор философии, основатель и содиректор Центра физиологической геномики низкого содержания кислорода при Медицинской школе Калифорнийского университета, планирует использовать эволюцию для улучшения здравоохранения для всех.
Ее последнее исследование, опубликованное 9 февраля 2024 года в журнале Science Advances , показывает, что вариант гена у некоторых жителей Анд связан со снижением количества эритроцитов на больших высотах , что позволяет им безопасно жить высоко в горах в условиях низкого содержания кислорода. . Лаборатория Саймонсона в Калифорнийском университете в Сан-Диего применяет эти результаты, чтобы понять, может ли существовать генетический компонент того, почему некоторые люди с апноэ во сне или легочными заболеваниями, такими как хроническая обструктивная болезнь легких (ХОБЛ), чувствуют себя лучше, чем другие.
Симонсон объяснил: «Есть люди с ХОБЛ, которые много дышат и поддерживают более высокое насыщение кислородом. Другие с тем же заболеванием дышат меньше, и их насыщение кислородом низкое. Исследователи подозревают, что в основе этой вариации могут лежать генетические различия. аналогично вариациям, которые мы обнаруживаем в путях, важных для восприятия кислорода и реакциях, лежащих в основе естественного отбора на большой высоте».
Нашим клеткам для выживания необходим кислород. Когда его недостаточно в окружающей среде, наш организм вырабатывает дополнительные эритроциты, которые транспортируют кислород по всему телу. Однако слишком большое количество эритроцитов создает опасное состояние, называемое чрезмерным эритроцитозом (ЭЭ), которое делает кровь вязкой, что может привести к инсульту или сердечной недостаточности.
Ее предыдущие исследования показали, что многие тибетцы, живущие в горах и подвергающиеся воздействию условий с низким содержанием кислорода, рождаются с врожденными механизмами, которые защищают их от плохих последствий на большой высоте, включая перепроизводство эритроцитов. Частично это связано с изменениями в регуляции гена EPAS1 , который снижает концентрацию гемоглобина, регулируя путь, реагирующий на изменение уровня кислорода. Достижения в области генетики показали, что современные тибетцы получили это генетическое преимущество от своих предков, которые смешались с архаичными людьми, жившими в Азии десятки тысяч лет назад – уникальная эволюционная история, ограниченная этой популяцией.
В своем последнем исследовании доктор Симонсон, которая также является заведующим кафедрой респираторной физиологии, финансируемым Джоном Б. Уэстом, и доцентом отделения легочной терапии, интенсивной терапии, медицины сна и физиологии в Медицинской школе Калифорнийского университета в Сан-Диего, остановилась на Область генома EPAS1 . Она и ее команда сосредоточились на мутации гена, который присутствует у некоторых людей, живущих в Андах, но отсутствует во всех других человеческих популяциях. Когда они просканировали целые геномы Анд, они обнаружили закономерность, окружающую этот вариант, предполагающую, что генетическое изменение, которое изменяет только одну аминокислоту в белковом продукте, произошло случайно, сравнительно недавно (от 9000 до 13000 лет назад) и распространилось очень быстро. быстро через сотни поколений населения Анд.
Как и у тибетцев, ген EPAS1 связан с более низким количеством эритроцитов у жителей Анд, у которых он есть. Однако исследователи были удивлены, обнаружив, что этот вариант работает совершенно иначе, чем тибетская версия гена; вместо того, чтобы регулировать его уровень, андский вариант меняет генетическую структуру белка, изменяя ДНК в каждой отдельной клетке.
Исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Диего обнаружили, что вариант гена у некоторых жителей Анд связан со снижением количества эритроцитов на большой высоте, что позволяет им безопасно жить высоко в горах в условиях низкого содержания кислорода. Результаты могут помочь ученым улучшить точную медицину при апноэ во сне и легочных заболеваниях, таких как хроническая обструктивная болезнь легких (ХОБЛ). Фото: Элизия Кук МакДермотт.
«У тибетцев, как правило, в среднем более низкая концентрация гемоглобина, и их физиология связана с низким содержанием кислорода таким образом, что уровень эритроцитов не увеличивается до чрезмерно высоких уровней. Теперь у нас есть первые признаки того, что жители Анд также собираются "По этому пути, с участием одного и того же гена, но с изменением кодирования белка. Эволюция работала в этих двух популяциях с одним и тем же геном, но по-разному", - сказал Саймонсон.
Это исследование иллюстрирует современный подход к исследованиям, который связывает генетические цели естественного отбора со сложными генами болезней – например, понимание того, как естественная генетическая изменчивость способствует адаптивным и дезадаптивным реакциям на низкий уровень кислорода, как показывает это исследование.
В лаборатории Саймонсона это означает, среди прочего, выяснение того, какие последующие гены-мишени активируются в ответ на низкий уровень кислорода. Саймонсон сказал: «В этой статье показан один ген, связанный с одним конкретным фенотипом, но мы думаем, что здесь задействовано много разных генов и компонентов транспорта кислорода. Это всего лишь одна часть этой головоломки, и она может предоставить исследователям информацию, актуальную для других популяций».
Симонсон и ее команда работают с латиноамериканским населением в Сан-Диего и Эль-Сентро, Калифорния, а также в Тихуане и Энсенаде, Мексика, поднимая их на большие высоты и записывая их дыхание во время бодрствования и сна. Они сопоставляют свои результаты с общедоступными базами данных, чтобы определить, обнаружены ли результаты, сделанные ими на андцах, также и на местных латиноамериканцах, которые могут иметь общие генетические варианты с андцами.
«В точной медицине важно признавать различия в генетическом происхождении, особенно в исторически недостаточно изученных популяциях», — сказал Симонсон. «Если мы сможем найти некоторые общие генетические факторы в популяциях, находящихся в экстремальных условиях, это может помочь нам понять аспекты здоровья и болезней в этой группе и группах на более локальном уровне. Таким образом, это исследование направлено на продвижение исследований вперед и к комплексному персонализированному подходу. медицинские подходы в клиниках здесь, в Сан-Диего».
