El hámster siberiano (Phodopus sungorus) es un organismo modelo para estudiar los ritmos biológicos estacionales. Se alimentan durante la primavera y el verano temprano pero conforme se aproxima el otoño y la duración del día decrece, sus cuerpos experimentan grandes cambios.
Los hámster pierden casi todo su peso corporal, la mayor parte a través de la grasa, y limitan su ingesta de comida de un 30 a un 40%. No hibernan pero tienen una modesta reducción de la temperatura de su cuerpo durante el día para conservar la energía. Su pelaje se espesa y cambia de color a un blanco más intenso. Durante este período los hámster se vuelven infértiles hasta que empiezan a preparar la siguiente temporada de reproducción.
¿Cómo detecta el hámster siberiano que debe prepararse para el invierno?
El análisis del primer genoma secuenciado completo del hámster siberiano muestra como éste adapta su cuerpo y uso de energía para sobrevivir al invierno. El estudio ha sido publicado en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences.
En este estudio se ha incluido el análisis del transcriptoma de la expresión genética en el cerebro tanto en verano como en invierno, lo que revela una cascada de señales que preparan al roedor para el invierno, y que está desencadenado por la duración del día.
Este nuevo estudio muestra que con cambiar la duración del día fue suficiente para disparar estos cambios a pesar de la temperatura o de cuánta comida esté disponible.
«Esperamos que sea una herramienta para descubrir y hacer más investigación en este interesante puzzle biológico, que es cómo los organismos utilizan la energía de la naturaleza en el transcurso de un año», dijo Brian Prendergast PhD, profesor de psicología en la Universidad de Chicago y uno de los autores del estudio.
La investigación es un proyecto colaborativo entre el autor senior Tyler Stevenson, Ph.D., un antiguo colaborador postdoctoral en el laboratorio de Prendergast, ahora en la facultad de Glasgow. Stevenson trabajó con Riyue Bao, Ph.D. de la grupo de investigación bioinformática de la Universidad de Chicago para montar y analizar el genoma del ratón y el transcriptoma con el fin de entender la actividad de los genes en el cerebro tanto en condiciones de verano como de invierno.
[box type=»shadow» align=»» class=»» width=»»]El transcriptoma es el conjunto de todas las moléculas de ARN (también llamadas transcritos) presentes en una célula o grupo de células en un momento determinado.[/box]
La tiroides y el hipotálamo claves
Los investigadores se enfocaron en la actividad del hipotálamo, la parte del cerebro que inicia un gran número de procesos metabólicos muy importantes como liberar hormonas, enviar señales a la tiroides y controlar la temperatura corporal, el sueño y el hambre.
La ciencia moderna tiene un buen conocimiento sobre los procesos que mantienen el peso en el corto plazo a través del apetito, la ingesta de comida y el gasto energético. Sin embargo, en este nuevo estudio se buscaba ver cómo los animales como el hámster de Siberia mantenían el peso corporal en un ciclo anual.
Stevenson y Bao trabajaron juntos para interpretar los datos sobre cómo se expresaban los genes, buscando diferencias entre las muestras tomadas de hámsters durante los períodos de verano e invierno. Una vez que Bao detectó esas diferencias e identificó qué procesos biológicos podrían verse afectados, se dirigió a Stevenson para su validación.
«Nuestra colaboración es bastante dinámica, como una calle de doble sentido», dijo Bao. «Le pasaba los datos y le preguntaba si cierta vía tenía sentido. Entonces él podía reconocer una determinada molécula de ARN o un gen candidato y pedirle más información».
Se enfocaron en un gen llamado pomc. Durante años, los científicos han especulado que está involucrado en la regulación a largo plazo del peso y el balance energético en muchos animales, pero «fueron los pasos que controlaban la expresión de pomc lo que había sido un misterio», dijo Stevenson. «Los estudios que diseñamos sirvieron para llenar los vacíos y fue simplemente una cuestión de conectar los puntos».
Esa cadena de eventos comienza con la hormona tiroidea, llamada T4. La hormona T4 está fácilmente disponible en el torrente sanguíneo, y cuando la cantidad de luz diurna comienza a aumentar en la primavera, el hámster produce enzimas llamadas deiodinasas. Estas enzimas eliminan una molécula de yodo de la T4 y la convierten en una hormona más potente llamada T3 que controla la actividad de la pomc.
Durante el verano, el aumento de la producción de T3 permite que los hámsters se vuelvan fértiles, y también aumenta la actividad de los pomc, lo que hace que ganen peso. A medida que los días se acortan en el otoño, la producción de T3 disminuye, lo que detiene la reproducción para el próximo invierno. El T3 reducido también regula a la baja (o apaga) el pomc, lo que resulta en una pérdida de peso espectacular.
Stevenson también comparó el genoma del hámster siberiano con otros mamíferos pequeños, como ratones y ratones de campo. Notó muchas diferencias entre los animales en los patrones de secuencia, o motivos, en la región promotora del gen pomc.
Esta sección de ADN al comienzo de la secuencia del gen juega un papel importante en la forma en que se transcribe en el ARN y, en última instancia, en cómo funciona el gen. El hámster siberiano comparte el mismo compuesto con otras especies que crían en temporada, lo que sugiere que es clave la forma en que se expresan los pomcs para gestionar las adaptaciones verano-invierno.
«Todos los animales muestran un nivel de biología estacional, incluidos los humanos. Lo que muestran nuestros hallazgos, en hámsters, es que las hormonas tiroideas que actúan en el cerebro donde se expresa la pomc proporcionan la regulación a largo plazo del equilibrio energético», dijo Stevenson.
«Lo que es completamente fascinante es que este proceso evolucionó en algunos animales, como hámsters y campañoles, y no en otros, como ovejas o humanos. Esto nos dice que existe una gran variabilidad genética entre los animales e indica un fuerte control específico de la especie del balance energético a largo plazo», dijo.
El hámster siberiano puede dar muchas pistas sobre la obesidad
En un conjunto separado de experimentos, los investigadores también restringieron la cantidad de alimentos para los hámsters. Si bien esto causó algunos cambios en la química cerebral, no tuvo un efecto sobre la pomcexpresión. Solo los cambios a largo plazo en la duración del día tuvieron un efecto en pomc.
Prendergast dice que los patrones como este hacen que el hámster siberiano sea interesante no solo por la forma en que gestiona las adaptaciones estacionales, sino también por el peso corporal en general.
«Los investigadores que estudian la obesidad deberían prestar atención a este modelo porque este es un animal que se vuelve obesamente reversible. Luego, puede perder casi la mitad de su peso corporal cuando el día dice que es hora de perder peso», dijo. «Son un rompecabezas maravilloso para comprender todos estos procesos».
