Исследование, проведенное учеными из Университета Джонса Хопкинса раскрыло редкий случай генетического перекодирования у лошадей, ослов и зебр, который усиливает их метаболизм кислорода и выработку энергии. Результаты, опубликованные в журнале Science, проливают свет на генетическую основу исключительных спортивных способностей этих животных и предлагают новые подходы к изучению стоп-кодонов.
Лошади демонстрируют выдающиеся аэробные показатели, превосходя даже элитных спортсменов-людей по потреблению кислорода на единицу массы тела. Однако генетические механизмы, лежащие в основе такого высокого уровня метаболизма, долгое время оставались неясными. Предыдущие исследования сосредотачивались на физических характеристиках, таких как мышечная структура или походка, но не выявили прямых связей с аэробной производительностью.
В новом исследовании внимание ученых привлек ген KEAP1 и связанный с ним путь KEAP1-NRF2, регулирующий антиоксидантные реакции и энергетический обмен. У других видов, включая птиц и ранних позвоночных, этот путь играл ключевую роль в адаптации к окислительному стрессу.
Однако у лошадей ученые обнаружили преждевременный стоп-кодон в гене KEAP1, который, казалось бы, должен был полностью нарушить его функцию. Вместо этого они выявили уникальный механизм перекодирования, при котором стоп-кодон интерпретируется как цистеин, позволяя синтезировать полноразмерный функциональный белок.
Масс-спектрометрия и молекулярные анализы подтвердили, что у лошадей трансляция KEAP1 не прерывается, несмотря на наличие стоп-кодона. Это объясняется как особенностями структуры мРНК, так и мутациями в белках трансляционного аппарата, таких как SBP2 и eEFSec, которые эволюционировали у представителей рода Equus. Эти изменения позволили превратить генетическую «ошибку» в преимущество, усилив аэробный метаболизм и способствуя развитию скорости и выносливости.
Открытие имеет значительные биомедицинские применения, поскольку преждевременные стоп-кодоны связаны с рядом генетических нарушений у человека. Естественный пример их успешного перекодирования у лошадей может вдохновить новые терапевтические стратегии, направленные на восстановление функциональных белков при генетических заболеваниях.
Исследование не только углубляет понимание эволюции лошадей, но и открывает перспективы для изучения молекулярных механизмов, способных преодолевать генетические ограничения.