Naked Mole-Rats Use Glucose-Fructose Switch to Survive Suffocating Conditions / I topi talpa nudi usano l'interruttore glucosio-fruttosio per sopravvivere a condizioni soffocanti
Naked Mole-Rats Use Glucose-Fructose Switch to Survive Suffocating Conditions / I topi talpa nudi usano l'interruttore glucosio-fruttosio per sopravvivere a condizioni soffocanti
Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa
The naked mole-rat, or sand puppy, can generate energy from fructose, bypassing the usual glucose pathway, which requires oxygen. This metabolic quirk explains how the naked mole-rat can survive—even thrive—in crowded burrows and stuffy underground passages, confines where oxygen is frequently scarce.
Naked mole-rats revealed how they endure low-oxygen conditions in a study led by scientists at the University of Illinois in Chicago. These scientists observed that naked mole-rats can not only tolerate hours of extreme hypoxia, they can even survive 18 minutes of total oxygen deprivation (anoxia) without apparent injury.
To understand how the naked mole-rat is capable of such feats, the scientists dug deep into the rodent’s metabolism. They found that during anoxia, the naked mole-rat switches to anaerobic metabolism fueled by fructose, which is actively accumulated and metabolized to lactate in the brain.
Details of this work appeared April 21 in the journal Science, in an article entitled, “Fructose-Driven Glycolysis Supports Anoxia Resistance in the Naked Mole-Rat.” Essentially, the article explains how the metabolic switch from glucose to fructose maintains the animal’s energy supply and prevents tissue damage when oxygen goes missing.
“Global expression of the GLUT5 fructose transporter and high levels of ketohexokinase were identified as molecular signatures of fructose metabolism,” wrote the authors of the Science paper. “Fructose-driven glycolytic respiration in naked mole-rat tissues avoids feedback inhibition of glycolysis via phosphofructokinase, supporting viability.”
Many mammals can draw on fructose as an energy source, but only in very specific tissues. It can only be used if two components are present. The first is GLUT5, a transporter molecule that draws fructose from the blood into cells. In most mammals, GLUT5 is present only in the liver and kidney. But Jane Reznick, a co-author of the Science paper and a researcher at the Max Delbrück Center for Molecular Medicine, found it throughout the mole-rat's body.
The second component is an enzyme called KHK, or ketohexokinase, which alters fructose so that it can be fed into an energy-providing pathway called glycolysis while at the same time dodging a highly regulated step of glycolysis that is blocked when oxygen levels are low. The mole-rats also had plenty of KHK throughout their bodies. The lack of these two components in the brain and heart of humans and other mammals jams up glycolysis when they are deprived of oxygen. No energy can therefore be provided to power these tissues and the organs quickly fail.
Oddly enough, when naked mole-rats are deprived of oxygen, they can survive by metabolizing fructose just as plants do. Moreover, naked mole-rats are protected from another deadly aspect of low oxygen—a buildup of fluid in the lungs called pulmonary edema that afflicts mountain climbers at high altitude.
The authors of the Science paper speculate that understanding how the animals metabolize fructose could lead to treatments for patients suffering crises of oxygen deprivation, as in heart attacks and strokes.
ITALIANO
La talpa nuda è ancora più notevole di quanto sapessimo. Rinomato per la sua longevità, resistenza al cancro e capacità di adottare la temperatura ambiente come temperatura corporea, questo roditore poco attraente, questo mammifero a sangue freddo, ha anche un asso nella manica precedentemente sconosciuto, o nascosto nella sua pelle rugosa.
La talpa nuda, o cucciolo di sabbia, può generare energia dal fruttosio, bypassando la normale via del glucosio, che richiede ossigeno. Questa stranezza metabolica spiega come la talpa nuda possa sopravvivere - persino prosperare - in tane affollate e passaggi sotterranei soffocanti, confini dove l'ossigeno è spesso scarso.
I topi talpa nudi hanno rivelato come sopportano condizioni di scarsa ossigeno in uno studio condotto da scienziati dell'Università dell'Illinois a Chicago. Questi scienziati hanno osservato che i topi talpa nudi non solo possono tollerare ore di estrema ipossia, ma possono anche sopravvivere a 18 minuti di totale privazione di ossigeno (anossia) senza lesioni apparenti.
Per capire come la talpa nuda sia capace di tali imprese, gli scienziati hanno scavato in profondità nel metabolismo del roditore. Hanno scoperto che durante l'anossia, la talpa nuda passa al metabolismo anaerobico alimentato dal fruttosio, che viene attivamente accumulato e metabolizzato in lattato nel cervello.
I dettagli di questo lavoro sono apparsi il 21 aprile sulla rivista Science, in un articolo intitolato "La glicolisi guidata dal fruttosio supporta la resistenza all'anossia nella talpa nuda". In sostanza, l'articolo spiega come il passaggio metabolico dal glucosio al fruttosio mantiene l'approvvigionamento energetico dell'animale e previene i danni ai tessuti quando manca l'ossigeno.
"L'espressione globale del trasportatore del fruttosio GLUT5 e alti livelli di chetoesochinasi sono stati identificati come firme molecolari del metabolismo del fruttosio", hanno scritto gli autori dell'articolo di Science. "La respirazione glicolitica basata sul fruttosio nei tessuti nudi di ratti talpa evita l'inibizione a feedback della glicolisi tramite fosfofruttochinasi, supportando la vitalità".
Molti mammiferi possono attingere al fruttosio come fonte di energia, ma solo in tessuti molto specifici. Può essere utilizzato solo se sono presenti due componenti. Il primo è GLUT5, una molecola trasportatrice che trasporta il fruttosio dal sangue alle cellule. Nella maggior parte dei mammiferi, GLUT5 è presente solo nel fegato e nei reni. Ma Jane Reznick, coautrice dell'articolo di Science e ricercatrice presso il Max Delbrück Center for Molecular Medicine, l'ha trovata in tutto il corpo del ratto talpa.
Il secondo componente è un enzima chiamato KHK, o chetohexokinase, che altera il fruttosio in modo che possa essere immesso in un percorso di fornitura di energia chiamato glicolisi mentre allo stesso tempo schiva una fase di glicolisi altamente regolata che viene bloccata quando i livelli di ossigeno sono bassi. I topi talpa avevano anche un sacco di KHK in tutto il corpo. La mancanza di questi due componenti nel cervello e nel cuore degli esseri umani e di altri mammiferi aumenta la glicolisi quando vengono privati dell'ossigeno. Nessuna energia può quindi essere fornita per alimentare questi tessuti e gli organi si deteriorano rapidamente.
Stranamente, quando i ratti talpa nudi sono privati dell'ossigeno, possono sopravvivere metabolizzando il fruttosio proprio come fanno le piante. Inoltre, i topi talpa nudi sono protetti da un altro aspetto mortale del basso contenuto di ossigeno: un accumulo di liquido nei polmoni chiamato edema polmonare che affligge gli alpinisti ad alta quota.
Gli autori del documento di Science ipotizzano che la comprensione del modo in cui gli animali metabolizzano il fruttosio potrebbe portare a trattamenti per i pazienti che soffrono di crisi di privazione di ossigeno, come infarti e ictus.
Da:
https://www.genengnews.com/topics/omics/naked-mole-rats-use-glucose-fructose-switch-to-survive-suffocating-conditions/
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