При переохолодженні в клітинах людини руйнується білковий цитоскелет.
У тварин, які вміють впадати в зимову сплячку (або гібернацію), фізіологія під час цієї самої сплячки змінюється надзвичайно: наприклад, у трінадцятисмугового суслика температура тіла, що мешкає в Північній Америці, може опускатися чи не до 0 ° С, а серцевий ритм сповільнюється вдесятеро - зі звичайних двохсот ударів на хвилину до двадцяти.
Природно, такі сильні зміни зачіпають не тільки органи і тканини цілком, але й окремі клітини. Дослідники з Національних інститутів здоров'я вирішили дізнатися, що відбувається в клітинах тринадцятисмугового суслика при сильному охолодженні, і порівняти їх з людськими, яким зимова сплячка невідома.
Порівнювали не звичайні зрілі клітини, а індуковані стовбурові, які отримували із зрілих спеціалізованих клітин людини і суслика за допомогою деяких молекулярно-біологічних маніпуляцій. Клітини, перетворені на стовбурові, знаходили здатність ділитися і могли перетворюватися в інший будь-який тип клітин; тепер їх програмували на те, щоб вони стали нейронами, і починали охолоджувати.
Відмінності, як можна здогадатися, виявилися досить істотними. Відомо, що зниження температури погано позначається системі мікротрубочок - довгих білкових тяжів, які пронизують всю клітку і які служать їй молекулярним скелетом. Мікротрубочки підтримують внутрішню структуру клітин і служать своєрідними рейками, якими всередині клітини транспортуються різні вантажі. У клітинах людини система мікротрубочок при охолодженні руйнувалася - але в клітинах суслика вони залишалися цілими.
Холодове руйнування мікротрубочок пов'язане з поломками в мітохондріях і лізосомах. Мітохондрії часто називають енергетичними станціями клітини, вони доверху нашпиговані ферментами, які за допомогою кисню видобувають для клітини енергію, окисляючи різні речовини. Побічний продукт роботи мітохондрій - знамениті кисневі радикали, дуже сильні окислювачі, що пошкоджують ДНК, ліпіди і білки. Мітохондрій має захист проти кисневих радикалів, але коли їх стає занадто багато, вони стають проблемою. На холоду радикалів-окислювачів з'являється все більше і більше, і вони врешті-решт починають псувати мікротрубочки.
Лізосоми ж являють собою мембранні бульбашки з різними розщеплюючими ферментами. При зниженні температури мембрана лізосом псується, їх ферменти виливаються в клітку і розщеплюють білки мікротрубочок. У сусликів же нічого такого ні з мітохондріями, ні з лізосомами не відбувається.
Як зробити так, щоб клітини людини вели себе на холоду, як клітини суслика? По-перше, можна придушити активність ферментів, що розщеплюють білки мікротрубочок; по-друге, можна пригасити активність мітохондрій, щоб вони не так активно виробляли енергію - адже радикали-окислювачі з'являються через енергетичні біохімічні реакції.
Дослідники так і вчинили, і виявилося, що в клітинах людини, незважаючи на холод, цитоскелет - і, відповідно, внутрішньоклітинна структура - зберігаються цілими, але тільки якщо використовувати відразу обидва способи, тобто якщо придушувати і активність ферментів-розщеплювачів, і активність мітохондрій. Те ж саме вийшло і з клітинами сітківки щурів і з нирковими клітинами мишей - їх клітини витримували сильно охолодження і подальше нагрівання до звичайної температури. Детально результати експериментів описані в статті в Cell.
Тварини, які можуть занурюватися в зимову сплячку, можуть так робити тому, що їхні клітини здатні загальмувати обмін речовин і охолонути до дуже низької температури без шкоди для себе. Якщо ми навчимося робити так само зі своїми клітинами, то зможемо набагато довше зберігати органи для пересадки, та й саму людину можна буде надовго остужати без ризику пошкодити його органи і тканини (сильне охолодження іноді виконують в деяких критичних ситуаціях, наприклад, при травмах голови - гібернація дозволяє захистити мозок від поширення ушкоджень, але при цьому, як було сказано, є ризик пошкодити щось ще через власне охолодження).
Однак всі вищеописані експерименти ставили з клітинами, і перш ніж ми почнемо вводити в «зимову сплячку» цілі органи, потрібні додаткові дослідження.