НОВОСТИ В УКРАИНЕ
Рыжие волосы и оранжевые перья долгое время рассматривались как рискованные эволюционные признаки. Это происходило потому, что прошлые исследования связывали их с пигментами кожи, которые могли повышать клеточный стресс и, у людей, увеличивать риск развития рака.
Новое исследование показало, что при определенных условиях тот же самый оранжевый пигмент мог вместо этого помогать защищать клетки, справляясь со специфическими диетическими проблемами. Ученые назвали этот оранжевый пигмент феомеланином, пишет Earth.
В ходе контролируемого исследования в Высшем совете по научным исследованиям Испании (CSIC) биологи изучили 65 зебровых амадин, чтобы проверить, могла ли сама по себе пигментация ограничивать метаболические повреждения.
Под руководством доктора Исмаэля Гальвана команда использовала эту встроенную цветовую разницу для решения давней эволюционной загадки: почему пигмент, связанный с долгосрочными издержками, так широко сохранялся.
Манипулируя питанием и выработкой пигмента одновременно, исследование, опубликованное в журнале PNAS Nexus, оценило, служил ли оранжевый окрас не просто сигналом, но и клеточной стратегией для управления богатыми серой питательными веществами.
Оранжевый пигмент и рыжеволосые
Та же биология, что придает цвет рыжим волосам, была связана с более высоким риском меланомы – закономерностью, которая десятилетиями озадачивала эволюционных биологов.
Если бы пигмент добавлял только опасность, естественный отбор обычно отдавал бы предпочтение генетическим вариантам, которые направляли клетки к более безопасному темному меланину.
Команда доктора Гальвана протестировала давнюю идею о том, что выработка феомеланина также могла решить проблему с питанием.
Слишком много цистеина внутри клеток
Клетки используют цистеин, серную аминокислоту, применяемую для построения белков, но избыточное количество могло повредить хрупкий химический баланс. При определенных условиях цистеин окисляется в цистин, и за этим мог последовать дисульфидптоз – форма гибели клеток, вызванная дисульфидным стрессом.
Поскольку феомеланин строится из цистеина, выработка большего количества пигмента могла зафиксировать избыток цистеина в стабильной, безвредной форме.
Эта идея имела значение в пигментных клетках, где цистеин также питает глутатион – небольшую молекулу, которая помогает нейтрализовать реактивные химические вещества.
Блокирование оранжевого пигмента
Чтобы проверить гипотезу о цистеине, группа Гальвана добавляла его в рацион некоторым птицам и блокировала синтез пигмента у других в течение того же периода.
Каждая получавшая лечение птица пила воду, содержащую около 0,1 г/л цистеина, в течение одного месяца.
Некоторые самцы также получали ML349 – препарат, который блокирует синтез феомеланина, сохраняя активность пигментного рецептора.
После процедур анализы крови отслеживали малоновый диальдегид, побочный продукт распада жиров при окислении, в качестве маркера системного повреждения.
Повреждения проявились у самцов
Среди самцов блокирование феомеланина изменило результат приема добавки цистеина в четком направлении.
Самцы, получавшие цистеин плюс ML349, имели более высокий уровень малонового диальдегида в плазме, чем самцы, получавшие только цистеин, после учета антиоксидантной способности.
Анализ скорректировал активность генов, контролирующих антиоксиданты в меланоцитах, клетках, вырабатывающих пигмент в коже и перьях, перед сравнением групп лечения.
Эти результаты подтвердили простой механизм: выработка пигмента использовала дополнительный цистеин, оставляя меньше реактивных побочных продуктов, способных нанести вред клеткам.
У самок отсутствовал предохранительный клапан
Самки представляли собой естественный контраст, поскольку они не откладывают оранжевый феомеланин в своих перьях.
Когда самки пили воду с добавлением цистеина, уровень малонового диальдегида имел тенденцию к росту по сравнению с контрольной группой, получавшей обычную воду.
Препарат ML349 не изменил маркеры крови у самок, что согласовывалось с изначальным отсутствием у них выработки феомеланина.
Без пигментного пути избыток цистеина казался в организме этих птиц скорее бременем, чем полезным питательным веществом.
Превращение аминокислот в перья
Образование феомеланина могло снижать уровень свободного цистеина в клетках, поскольку для создания пигмента используется та же аминокислота.
Внутри меланосом – крошечных оболочек, где собирается пигмент, – меланоциты создают феомеланин и перемещают его в растущие перья.
«Эти результаты продемонстрировали, что синтез феомеланина помогал избежать повреждения клеток путем выведения избытка цистеина в инертные кератиновые структуры, такие как перья», – пояснил Гальван.
Загвоздка заключалась в том, что в других тканях могло не быть этого пигментного пути, поэтому обращение с цистеином могло различаться по всему организму.
Что это означает для рыжеволосых
Для людей этот же оранжевый пигмент наиболее знаком по рыжим волосам и очень светлой коже. Исследование на мышиных моделях в 2012 году обнаружило, что путь феомеланина мог увеличивать риск меланомы без ультрафиолетового излучения.
Результаты исследования амадин указали на то, что диета и метаболизм могли формировать этот риск, изменяя то количество цистеина, с которым пигментным клеткам необходимо справляться.
Тестирование на людях не было частью этой работы, поэтому она пока не смогла определить, какие продукты повышают уровень цистеина в коже.
Оранжевый пигмент и защита клеток
Если феомеланин помогает управлять избытком цистеина, оранжевое оперение могло сохраняться, поскольку оно решало физиологические проблемы помимо сигнализации или внешнего вида.
Естественный отбор мог благоприятствовать генам, связанным с пигментом, даже когда они несут долгосрочные издержки, если они уменьшают повседневный клеточный стресс при определенных диетах или условиях окружающей среды.
Этот компромисс помог объяснить, почему оранжевые и красные цветовые узоры так часто вновь появляются у птиц, млекопитающих и рептилий.
Это также усложнило простые разговоры о здоровье вокруг пигментации, показывая, что биологические эффекты пигмента могли зависеть от окружающей среды и диеты в той же мере, что и от генетики.
Взятый в целом, эксперимент с амадинами под руководством CSIC связал оранжевую пигментацию и регуляцию цистеина с измеримыми маркерами клеточного повреждения в крови.
Далее исследователи запланировали изучить, полагается ли кожа человека на аналогичный путь хранения на основе пигмента. Команда также решила выяснить, изменяют ли сдвиги в питании или болезни уровень цистеина таким образом, который меняет защитную роль пигмента.
Ранее УНИАН сообщал, что у людей, которые окрашивают волосы в яркие цвета, есть эти 11 характерных черт.
