Звери, впадающие в зимнюю спячку, переживают длительное обездвиживание без патологических последствий для организма, их мышцы не атрофируются, а после пробуждения практически сразу возвращаются к нормальной работе. Длиннохвостый суслик, или суслик Эверсмана (Urocitellus undulatus), например, после трехнедельной спячки просыпаются в течение 2–3 часов, за это время разогреваясь от температуры 2–3° С до 37–38° С, и сразу становятся способны активно двигаться. В процессе эволюции у этих животных выработались механизмы, способствующие замедлению атрофии в период спячки и, наоборот, активации синтеза белка в периоды кратковременных межбаутных пробуждений (суслики спят очень долго — до 7 месяцев в году, но за это время несколько раз ненадолго, на 10–12 часов просыпаются). За эти кратковременные выходы из спячки и «зацепилась» группа ученых ИТЭБ РАН. «Мы предположили, что в периоды межбаутной активности у животных будет увеличиваться синтез всех белков, что немного или полностью восстановит массу мышц, атрофированных при спячке. И поскольку таких периодов у сусликов несколько за весь сезон спячки, то такие межбаутные пробуждения с увеличением синтеза белка и будут вносить вклад в снижение атрофии», — рассказывает заведующий лабораторией структуры и функций мышечных белков ИТЭБ РАН Иван Вихлянцев.
Для проверки этой гипотезы ученые совместно с коллегами из Лаборатории механизмов природных гипометаболических состояний Института биофизики клетки РАН замеряли синтез белков у активных, летних сусликов и их собратьев, пребывающих в периодах межбаутного пробуждения. Зверьков в глубокой спячке вовсе не беспокоили: в этом состоянии, когда их температура тела падает до минимума, зарегистрировать синтез белков в организме известными науке способами пока невозможно. Для измерений использовали метод SUnSET (surfacesensing of translation — нерадиоактивный метод выявления скорости синтеза белка в организме in vivo). Для этого животным делали укол антибиотика пуромицина, который является ингибитором синтеза белков. В результате ингибирования получались пуромицин-связанные пептиды, которые ученые подвергали всестороннему анализу, после чего делали выводы об уровне синтеза белка в подопытных группах сусликов. Результаты экспериментов превзошли ожидания.
«Оказалось, что всё не так, как мы думали ранее. Синтез общего белка (всех белков) был выше в мышцах контрольных животных, то есть летних, а вот синтез некоторых саркомерных, мышечных белков, в частности, титина и небулина, у проснувшихся сусликов оказался такой же или чуть выше, чем у активных летних. Получилось, что не все белки синтезируются в периоды межбаутной активности, а только некоторые. Те, которые поддерживают саркомерную структуру миофибрилл — компонентов, занимающих до 85 % от площади скелетного волокна. Вот поэтому атрофия и не прогрессирует», — поясняет Вихлянцев. Таким образом, был найден молекулярный механизм — поддержание уровня саркомерных белков в течение всего периода зимней спячки, — направленный на уменьшение степени мышечной атрофии у гибернантов.