Los investigadores han arrojado luz sobre los mecanismos moleculares que subyacen a la hibernación y publican sus hallazgos hoy como una preimpresión revisada en eLife. Los editores describen su investigación, en mamíferos hibernantes pequeños y grandes, como un estudio importante que avanza nuestro conocimiento sobre el papel de la estructura de la miosina y el consumo de energía en los mecanismos moleculares de la hibernación, respaldado por una metodología y evidencia sólidas. Los hallazgos también sugieren que la miosina, un tipo de proteína motora involucrada en la contracción muscular, desempeña un papel en la termogénesis sin temblores durante la hibernación, donde el calor se produce independientemente de la actividad muscular de los temblores.
La hibernación es una estrategia de supervivencia utilizada por muchos animales, caracterizada por un estado de letargo profundo y profundas reducciones en la actividad metabólica, la temperatura corporal, la frecuencia cardíaca y la respiración. Durante la hibernación, los animales dependen de las reservas de energía almacenadas, en particular de las grasas, para mantener sus funciones corporales. La desaceleración metabólica permite a los hibernadores conservar energía y soportar largos períodos de escasez de alimentos y duras condiciones ambientales durante el invierno. Sin embargo, los mecanismos celulares y moleculares subyacentes detrás de la hibernación aún no se conocen completamente.
Los mamíferos más pequeños que hibernan experimentan períodos prolongados de un estado hipometabólico llamado letargo, que disminuye significativamente su temperatura corporal y está interrumpido por períodos espontáneos de excitaciones eutermicas intercaladas (IBA), donde elevan temporalmente su temperatura corporal para restaurar algunas funciones fisiológicas, como eliminando el desperdicio y comiendo más alimentos.
Esto contrasta con los mamíferos más grandes, cuya temperatura corporal se reduce mucho menos durante la hibernación y se mantiene bastante constante. El músculo esquelético, que comprende alrededor de la mitad de la masa corporal de un mamífero, desempeña un papel clave en la determinación de su producción de calor y uso de energía.
“Hasta hace poco, se pensaba que el consumo de energía en los músculos esqueléticos estaba relacionado principalmente con la actividad de la miosina, que participa en la contracción muscular. Sin embargo, cada vez hay más evidencia de que incluso cuando están relajados, los músculos esqueléticos todavía usan una pequeña cantidad de energía”, explica el autor principal Christopher Lewis, investigador postdoctoral en el Departamento de Ciencias Biomédicas de la Universidad de Copenhague, Dinamarca.
“Las cabezas de miosina en los músculos pasivos pueden estar en diferentes estados de reposo: el estado ‘relajado desordenado’ o estado DRX, y el estado ‘súper relajado’ o SRX. Las cabezas de miosina en el estado DRX consumen ATP, la moneda energética de la célula, entre cinco y diez veces más rápido que aquellos en el estado SRX”, añade Lewis.
Lewis y sus colegas plantearon la hipótesis de que los cambios en la proporción de miosina en los estados DRX o SRX pueden contribuir al menor uso de energía observado durante la hibernación. Para probar esto, tomaron muestras de músculo esquelético de dos pequeños hibernadores (la ardilla terrestre de trece líneas y el lirón de jardín) y dos grandes hibernadores: el oso negro americano y el oso pardo.
En primer lugar, buscaron establecer si los estados de miosina y sus respectivas tasas de consumo de ATP eran diferentes entre los períodos activos y los de hibernación. Observaron las fibras musculares extraídas de las dos especies de osos durante su fase activa de verano (SA) y su período de hibernación invernal.
No encontraron diferencias en la proporción de miosina en el estado DRX o SRX entre las dos fases. Para medir la tasa de consumo de ATP por parte de la miosina, utilizaron una prueba especializada llamada ensayo de persecución Mant-ATP. Esto reveló que tampoco hubo cambios en las tasas de consumo de energía de la miosina. Esto puede ser para prevenir la aparición de un desgaste muscular significativo en los osos durante la hibernación.
El equipo también realizó el ensayo de persecución Mant-ATP en muestras tomadas de pequeños mamíferos durante SA, IBA y letargo. Al igual que en los hibernadores más grandes, no observaron diferencias en el porcentaje de cabezas de miosina en la formación SRX o DRX entre las tres fases. Sin embargo, descubrieron que el tiempo de renovación de ATP de las moléculas de miosina en ambas formaciones era menor en IBA y letargo en comparación con la fase SA, lo que llevó a un aumento general inesperado en el consumo de ATP.
Como los mamíferos pequeños experimentan una caída de temperatura corporal más significativa durante la hibernación que los mamíferos grandes, el equipo probó si este aumento inesperado en el consumo de ATP también se producía a una temperatura más baja. Repitieron el ensayo de persecución Mant-ATP a 8°C, en comparación con la temperatura ambiente del laboratorio de 20°C utilizada anteriormente. La reducción de la temperatura disminuyó los tiempos de renovación de ATP vinculados a DRX y SRX en SA e IBA, lo que llevó a un aumento en el consumo de ATP.
Se sabe que los órganos metabólicos, como el músculo esquelético, aumentan la temperatura corporal central en respuesta a una exposición significativa al frío, ya sea induciendo escalofríos o mediante termogénesis sin temblores. La exposición al frío provocó un aumento en el consumo de ATP por parte de la miosina en muestras obtenidas durante SA e IBA, lo que sugiere que la miosina puede contribuir a la termogénesis sin temblores en pequeños hibernadores.
El equipo no observó cambios inducidos por el frío en el consumo de energía de miosina en muestras obtenidas durante el letargo. Sugieren que esto es probablemente un mecanismo de protección para mantener la temperatura corporal central baja y una parada metabólica más amplia, que se observa durante el letargo.
Finalmente, los investigadores quisieron comprender los cambios que se producen a nivel proteico durante las diferentes fases de hibernación. Evaluaron si la hibernación afecta la estructura de dos proteínas de miosina de la ardilla terrestre de trece líneas, Myh7 y Myh2. Aunque no observaron ningún cambio relacionado con la hibernación en la estructura de Myh7, descubrieron que Myh2 sufrió una fosforila significativa.
Finalmente, los investigadores quisieron comprender los cambios que se producen a nivel proteico durante las diferentes fases de hibernación. Evaluaron si la hibernación afecta la estructura de dos proteínas de miosina de la ardilla terrestre de trece líneas, Myh7 y Myh2. Aunque no observaron ningún cambio relacionado con la hibernación en la estructura de Myh7, descubrieron que Myh2 experimentó una fosforilación significativa (un proceso crucial para el almacenamiento de energía) durante el letargo, en comparación con SA e IBA.
También analizaron la estructura de las dos proteínas del oso pardo y no encontraron diferencias estructurales entre SA e hibernación. Por lo tanto, concluyen que la hiperfosforilación de Myh2 está asociada específicamente con el letargo, más que con la hibernación en general, y proponen que esto sirve para aumentar la estabilidad de la miosina en los pequeños mamíferos. Esto puede actuar como un mecanismo molecular potencial para mitigar los aumentos asociados con la miosina en el gasto del músculo esquelético en respuesta a la exposición al frío durante períodos de letargo.
Los editores de eLife señalan que algunas áreas del estudio merecen más estudio. Es decir, las muestras de músculo se tomaron exclusivamente de las patas de los animales estudiados. Dado que el núcleo del cuerpo y las extremidades tienen diferentes temperaturas, la investigación de muestras de músculos de otras áreas del cuerpo validaría aún más los hallazgos del equipo.
“En conjunto, nuestros hallazgos sugieren que las adaptaciones del recambio de ATP en los estados de miosina DRX y SRX ocurren en pequeños mamíferos como la ardilla terrestre de trece líneas durante la hibernación en ambientes fríos. En contraste, los mamíferos más grandes como el oso negro americano no muestran tales cambios, probablemente debido a su temperatura corporal estable durante la hibernación”, concluye el autor principal Julien Ochala, profesor asociado del Departamento de Ciencias Biomédicas de la Universidad de Copenhague. “Nuestros resultados también sugieren que la miosina puede contribuir a la termogénesis sin temblores del músculo esquelético durante la hibernación”.
Fuente: Phys.org.
