El hámster ruso se reproduce durante la primavera y principios del verano, pero a medida que se acerca el otoño, su cuerpo cambin drásticamente. Estos animales pierden casi la mitad de su peso corporal, principalmente a través de la grasa, y limitan la ingesta de alimentos entre un 30% y un 40%. Su pelaje se espesa y cambia de color a un blanco puro, y se vuelven infértiles hasta que comienzan a cambiar para prepararse para la próxima temporada de reproducción.
Para mostrar cómo estos pequeños roedores adaptan sus cuerpos para sobrevivir al invierno, científicos de la Universidad de Chicago formaron un equipo que creó el primer genoma completamente secuenciado del hámster ruso.
El nuevo estudio muestra que solo cambiar la duración del día fue suficiente para desencadenar estos cambios, independientemente de la temperatura o de la cantidad de comida disponible
La investigación, publicada en Proceedings of the National Academy of Sciences , revela la cascada de señales que preparan al hámster para el invierno, provocada por la disminución de la duración del día. El nuevo estudio muestra que solo cambiar la duración del día fue suficiente para desencadenar estos cambios, independientemente de la temperatura o de la cantidad de comida disponible.
"Esperamos que esta sea una herramienta para el descubrimiento y más investigación sobre un rompecabezas biológico realmente interesante, que es cómo los organismos navegan por el paisaje energético de la naturaleza en el transcurso de un año", dijo Brian Prendergast, profesor de psicología en la Universidad de Chicago. y uno de los autores del estudio.
La investigación es un proyecto de colaboración con el autor principal Tyler Stevenson, ex becario postdoctoral en el laboratorio de Prendergast y ahora en la facultad de la Universidad de Glasgow. Stevenson trabajó con Riyue Bao, del grupo de bioinformática Chicago Center for Research Informatics, para ensamblar y analizar el genoma y el transcriptoma del hámster (las moléculas de ARN expresadas por sus genes) para comprender la actividad de estos genes en el cerebro tanto en verano como en invierno.
Los investigadores se centraron en la actividad en el hipotálamo, parte del cerebro que inicia una serie de procesos metabólicos importantes
Los investigadores se centraron en la actividad en el hipotálamo, parte del cerebro que inicia una serie de procesos metabólicos importantes, como la liberación de hormonas, la transmisión de señales a la tiroides y el control de la temperatura corporal, el hambre y el sueño.
La ciencia moderna tiene un conocimiento bastante bueno de cómo estos procesos mantienen el peso a corto plazo a través del apetito, la ingesta de alimentos y el gasto energético. Para el nuevo estudio, los investigadores querían ver cómo animales como el hámster ruso mantienen el peso a largo plazo 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 hámsteres durante los períodos de verano e invierno. Una vez que Bao detectó esas diferencias e identificó qué procesos biológicos podrían verse afectados, recurrió a Stevenson para su validación.
“Nuestra colaboración es bastante dinámica, como una calle de doble sentido”, declaró Bao. “Le pasaba los datos y le preguntaba si cierto camino tenía sentido. Entonces podría reconocer una determinada molécula de ARN o un gen candidato y pedir más información ".
Un gen llamado pomc
Se redujeron a un gen llamado pomc . Durante años, los científicos han especulado que está involucrado en la regulación a largo plazo del equilibrio de peso y energía en muchos animales, pero "eran los pasos que controlan la expresión de pomc los que habían sido el misterio", dijo Stevenson. "Los estudios que diseñamos sirvieron para llenar los vacíos y fue simplemente una cuestión de conectar los puntos".
Durante el verano, el aumento de la producción de T3 permite que los hámsteres se vuelvan fértiles y también aumenta la actividad de pomc, lo que hace que aumenten de peso
Esa cadena de eventos comienza con la hormona tiroidea, que se llama T4. Ésta está disponible en el torrente sanguíneo, y cuando la cantidad de luz del día comienza a aumentar en la primavera, el hámster produce un tipo de enzimas que eliminan una molécula de yodo de T4 y la convierten en una hormona más potente llamada T3, que controla la actividad de pomc .
Durante el verano, el aumento de la producción de T3 permite que los hámsteres se vuelvan fértiles y también aumenta la actividad de pomc, lo que hace que aumenten de peso. A medida que los días se acortan en el otoño, la producción de T3 disminuye, deteniendo la reproducción para el próximo invierno.
Stevenson, además, comparó el genoma del también llamado hámster siberiano con otros pequeños mamíferos como ratones y topillos. Notó muchas diferencias entre animales en los patrones de secuencia en la región promotora del gen pomc. Esta sección de ADN, al comienzo de la secuencia del gen, juega un papel importante en cómo se transcribe en ARN y, en última instancia, en cómo funciona el gen. El hámster ruso comparte el mismo motivo con otros criadores de temporada, lo que sugiere que es clave en cómo se expresa pomc para manejar las adaptaciones verano-invierno.
“Todos los animales muestran un nivel de biología estacional, incluidos los humanos. Lo que muestran nuestros hallazgos, en hámsteres, es que las hormonas tiroideas que actúan en el cerebro donde se expresa pomc proporcionan la regulación a largo plazo del equilibrio energético”, afirmó Stevenson.
“Los investigadores que estudian la obesidad deberían prestar atención a este modelo porque es un animal que se vuelve obeso de forma reversible"
“Lo que es completamente fascinante es que este proceso evolucionó en algunos animales, como hámsters y topillos, y no en otros, como ovejas o humanos. Esto nos dice que existe un alto grado de variabilidad del genoma entre los animales e indica un fuerte control específico de la especie del equilibrio energético a largo plazo”, aseguró.
En un conjunto separado de experimentos, los investigadores también restringieron la cantidad de comida para los hámsteres. Si bien esto causó algunos cambios en la química del cerebro, no tuvo ningún efecto en la expresión de pomc . Solo los cambios a largo plazo en la duración del día tuvieron un efecto en éste.
Por otro lado, Prendergast apuntó qué patrones como éste hacen que el hámster siberiano sea interesante no solo por la forma en que maneja las adaptaciones estacionales, sino también por el control del peso corporal en general.
“Los investigadores que estudian la obesidad deberían prestar atención a este modelo porque es un animal que se vuelve obeso de forma reversible. Puede perder casi la mitad de su peso corporal cuando la duración del día dice que es hora de perder peso”, expresó. "Son un rompecabezas maravilloso para comprender todos estos procesos".
