Tại sao chuột chũi trần cần carbon dioxide để tránh co giật?

Chuột chũi trần châu Phi đôi khi được gọi là siêu anh hùng động vật. Chúng chống lại ung thư, chịu đựng nỗi đau và sống một thời gian dài đáng kể. Chúng cũng được biết đến với khả năng xử lý lượng carbon dioxide cao và có thể đi trong vài phút mà không cần oxy. Nhưng các nhà nghiên cứu báo cáo trong Sinh học hiện tại vào ngày 30 tháng 4 cho biết họ có thể đã tìm thấy kryptonite của chuột chũi: chúng cần hàm lượng carbon dioxide cao để hoạt động.

Dan McCloskey thuộc Đại học Thành phố New York cho biết: “Trong khi chúng phát triển mạnh trong các khu nhà chật chội, thành phần không khí ngay trên bề mặt hang của chúng ở Đông Phi khiến chúng dễ bị động kinh. Bởi vì đó là những gì xảy ra khi chuột chũi trần khi mất carbon dioxide.”

Nói cách khác, chuột chũi không chịu được lượng carbon dioxide cao trong tổ đông đúc của chúng. Khi chúng đến bề mặt nóng và bắt đầu giảm thông khí do nhiệt trong không khí trong lành, điều này sẽ khiến chúng bị co giật. Trong nghiên cứu hiện được báo cáo, các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng nhu cầu tò mò về carbon dioxide này được giải thích bằng sự hiện diện của đột biến tên lửa trong gen mã hóa chất vận chuyển clorua thần kinh chính được gọi là KCC2.

Các nhà nghiên cứu đã đến khám phá này một cách bất ngờ. Chuột chũi trần có rất ít quyền kiểm soát nhiệt độ cơ thể và cũng dễ bị bắt giữ khi gặp nhiệt. McCloskey và tác giả đầu tiên của nghiên cứu mới Michael Zions đã khám phá tính nhạy cảm này đối với các tình trạng giống như sốt như là một mô hình cho các cơn co giật do sốt (sốt) ở trẻ em.

Nhóm nghiên cứu đã hợp tác với Kai Kaila và Martin Puskarjov, Đại học Helsinki, Phần Lan. Kaila, một chuyên gia về co giật do sốt và Puskarjov trước đó đã tìm thấy một đột biến ảnh hưởng đến KCC2 trong các gia đình của những người dễ mắc bệnh này. Những gì họ biết bây giờ là chuột chũi và những gia đình có khuynh hướng di truyền đối với co giật do sốt mang lại sự thay đổi di truyền rất giống nhau.

“Chúng tôi biết rằng có một số giá trị trong dòng điều tra, nhưng chúng tôi không biết rằng những điểm tương đồng sẽ đi xuống mức độ di truyền,” Kaila chia sẻ.

“Việc xác định tính đa hình di truyền ở chuột chũi trần KCC2 là một bất ngờ”, Puskarjov nói thêm. “Bên cạnh một tập hợp nhỏ của con người, chuột chũi trần hiện là loài động vật có vú khác duy nhất biết đến với biến thể này.”

Nghiên cứu sâu hơn mang lại nhiều bất ngờ. Khi các nhà nghiên cứu cho một con chuột chũi trần, thuốc chống động kinh diazepam, thuốc đã kích hoạt một cơn động kinh thay vì ngăn chặn. Mặc dù kết quả thật bất ngờ, nó giúp họ hiểu được nhiều năm về dữ liệu điện sinh lý và điện sinh lý bất thường: chuột chũi trần dựa vào carbon dioxide để giúp chúng bù đắp sự thiếu hụt trong hệ thống GABAergic ức chế não của chúng.

KCC2 là một chất vận chuyển clorua: công việc bình thường của nó là kiểm soát lượng clorua bên trong tế bào thần kinh. Ở một động vật có vú trưởng thành điển hình, nồng độ clorua trong tế bào thần kinh trung ương được giữ ở mức thấp. Khi chất dẫn truyền thần kinh GABA liên kết với tế bào thần kinh, clorua xâm nhập và ngăn chặn hoạt động của tế bào thần kinh. Khả năng giảm hoạt động thần kinh này là điều cần thiết để hàng ngàn tế bào thần kinh phối hợp với nhau trong thời trang phối hợp và tránh bị quá tải. Ở chuột chũi trần và những người bị đột biến, KCC2 không loại bỏ clorua khỏi tế bào thần kinh một cách hiệu quả. Kết quả là tầng ức chế này không hoạt động tốt.

Não chuột chũi trần truồng thiếu một số ức chế mà động vật có vú cần. Thay vào đó, chúng đang sử dụng carbon dioxide để quay trở lại nơi chúng phải đến. Chúng thích mức độ CO2 sẽ khiến một người hoảng sợ nhưng gặp rắc rối bởi không khí trong lành. Chúng đã tận dụng một trách nhiệm để tự đào cho mình một vị trí thích hợp.

Như các nhà nghiên cứu giải thích, một bộ não bị suy yếu ức chế thường sẽ là một khuyết tật vì nó ở những người dễ bị co giật do sốt. Nó hoạt động cho chuột chũi trần vì chúng dựa vào môi trường giàu carbon dioxide để giúp giữ cho não của chúng trong các thông số bình thường. Các nhà khoa học tin rằng chúng đang sử dụng carbon dioxide tổ để bù đắp hệ thống GABA nghèo nàn của chúng.

Các nhà nghiên cứu nghĩ rằng những phát hiện này có thể cung cấp một manh mối thiết yếu về lý do tại sao chuột chũi trần là một trong hai loài động vật có vú để phát triển tính xã hội, sống cùng nhau trong các ‘thuộc địa’ hợp tác cao.

Các khu vực carbon dioxide thấp có thể gây ra tình trạng hạ huyết áp và quá kích thích hoặc lo lắng. Sinh lý não của chúng thúc giục chúng quay trở lại tổ chứ không phải tự mình đi ra ngoài”. Hỗ trợ cho ý tưởng này xuất phát từ khám phá của các nhà nghiên cứu rằng loài động vật có vú duy nhất khác, Damaraland mole-rat, có một đột biến hơi khác nhau ở cùng một vị trí trên gen KCC2 như chuột chũi trần.

Theo các nhà nghiên cứu, ngoài những hiểu biết về sự tiến hóa của chuột chũi, những phát hiện cũng có thể có ý nghĩa đối với những người mang biến thể KCC2, bao gồm cả những người dễ bị co giật do sốt và những người mắc bệnh động kinh tổng quát vô căn, tâm thần phân liệt hoặc tự kỷ trong một số trường hợp cũng có biến thể . Các kiểu thở và nhu cầu carbon dioxide của những người này là điều cần xem xét.

Nguồn truyện:

Tài liệu được cung cấp bởi Cell Press . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.

Tạp chí tham khảo :

1. Michael Zions, Edward F. Meehan, Michael E. Kress, Donald Thevalingam, Edmund C. Jenkins, Kai Kaila, Martin Puskarjov, Dan P. McCloskey. Nest Carbon Dioxide Mặt nạ GABA Phụ thuộc dễ bị động kinh ở chuột chũi trần . Sinh học hiện tại , 2020; DOI: 10.1016 / j.cub.2020.03.071