Эта работа началась четыре с лишним года назад с довольно глупого проекта, который я унаследовал по приходу в лабораторию: предполагалось смоделировать работу инсулиноподобного фактора роста 2 на аплизии. Это такая молекула, родственная гормону инсулину, которая у млекопитающих по не вполне понятным причинам необходима для формирования долгосрочной памяти. Эта молекула, IGF2 (айджиэф-ту) – главная рабочая лошадь у наших соседей, лаборатории Кристины Альберини. Соответственно, идея состояла в том, чтобы взять айджиэф-ту, зафигачить его в аплизию, и посмотреть, что произойдёт. Над этим проектом порядка года попотел один постдок, ничего особого не нашёл, свалил из лабы, и был заменён мной.
Спустя примерно год зафигачивания айджиэф-ту в мозг слизням (где-то полгода уходит просто на то, чтобы научиться не превращать этот мозг в кашу), я стал подозревать, что что-то тут не чисто. Эффекты были, но странные, не те, что ожидались, и я никак не мог понять, как их объяснить. Я стал всерьёз задумываться об эволюции и постепенно понял, что это принципиальный вопрос всего проекта. Например, я осознал, что в млекопитающих эффекты IGF2 на память зависят от рецептора, которые наши коллеги в лаборатории Альберини называют "IGF2-рецептор". Этот рецептор есть не только у млеков, но вообще у всех животных и даже у грибов. Проблема в том, что только у млекопитающих, причём только у плацентарных млекопитающих, он имеет сродство к IGF2, а в других видах выполняет совсем другие функции. То есть эволюционно это не IGF2-рецептор, а совсем левый рецептор, который недавно познакомился с IGF2. То есть в аплизии этот рецептор есть, но он и не слышал про инсулиноподобные факторы. Почему-то никто ни в нашей лаборатории, ни у Кристины об этом до меня не задумывался, и все были очень удивлены, когда я стал доказывать, что IGF2-рецептор – это вообще не IGF2-рецептор. Но самое главное выяснилось, когда я стал разговаривать с эволюционными биологами и чертить эволюционные древа (от чего у моего шефа, совершенно не склонного к кладистике, глаза лезли на лоб). Выяснилось, что разделение молекул на инсулин и инсулиноподобные факторы роста – это в принципе уникальная ситуация для позвоночных. Эти молекулы эволюционно происходят из единого предка, одной молекулы с одним рецептором, которые были унаследованы как предками позвоночных, так и предками улиток, и в дальнейшем независимо разделились на разные подтипы в этих двух группах животных. Короче говоря, у аплизий отсутствует не только IGF2-рецептор, но и IGF2. С точки зрения аплизии, человеческий инсулин и IGF2 – это одно и то же.
Сначала я, конечно, думал, что выбросил кучу времени на бессмысленный проект. Но что-то IGF2 в аплизийном мозге всё-таки делал. Когда я насмотрелся на эволюционные деревья, меня вдруг осенило: я зафигачиваю в аплизию IGF2, но наблюдаю при этом за инсулином, потому что для аплизии это то же самое. То есть всё, что я делаю – это на самом деле про еду.
Что делал IGF2? С одной стороны, он усиливал синапсы (читай – усиливал долгосрочную память), с другой стороны, подавлял сенсорную активность. То есть нейроны лучше запоминают уже усвоенную информацию, но одновременно перестают её активно усваивать. ЭТО ФУД-КОМА, понял я. Послеобеденный сон. В этот момент проект превратился из странного в панковский. Я стал искать связь с питанием, глюкозой и метаболизмом. Я стоял в середине лабы по локоть в солёной воде и втыкал в здоровенных слизней раствор глюкозы, чтобы сделать глюкозную кривую, как у диабетиков. Я поставил камеру над аквариумом и боролся со сном, часами анализируя видео голодных и сытых аплизий, чтобы показать зависимость сниженной активности от инсулиновых рецепторов. Мой шеф долго не хотел выпускать такое безумие, но в итоге всё срослось. Я клонировал из мозга аплизии её собственный ген для инсулиноподобной молекулы, изготовил её в бактериях и показал, что эта молекула одновременно контролирует усиление памяти, снижение сенсорной активности и всасывание глюкозы. То есть всё это – единая программа, направленная на одну и ту же эволюционную задачу: отвод энергии от активного поведения после еды в сторону запасания как питательных веществ, так и памяти.
Таким образом, начав с механизма памяти, уникального для млекопитающих, я пришёл к глобальной эволюционной истории послеобеденного сна. Моя гипотеза состоит в том, что универсальность сонливости после еды связана с энергетической стоимостью памяти и с выгодой запоминания успешно съеденных ресурсов. Формирование памяти требует большого количества энергии, поэтому организму требуется балансировать эту энергию с активным поведением. Мне кажется, тот факт, что инсулин в своей исходной роли одновременно сохраняет энергию (вызывая всасывание глюкозы и превращая её в жир) и информацию (усиливая память), есть глубокий эволюционный смысл. О том и статья, опубликованная на этой неделе.
Статья: https://www.nature.com/articles/s41598-019-50923-5
Пресс-релиз: https://www.sciencedaily.com/releases/2019/10/191010113154.htm
