_ Studiul dezvăluie mecanismele moleculare din spatele hibernării la mamifere

Cercetătorii au făcut lumină asupra mecanismelor moleculare care stau la baza hibernării, publicându-și astăzi descoperirile sub formă de Reviewed Preprint în eLife.

Este descrisă cercetarea lor, la mamifere mici și mari care hibernează de către editori, ca un studiu important care promovează cunoștințele noastre despre rolul structurii miozinei și al consumului de energie asupra mecanismelor moleculare de hibernare, susținut de metodologie și dovezi solide. Descoperirile sugerează, de asemenea, că miozina - un tip de proteină motorie implicată în contracția musculară - joacă un rol în termogeneza fără frison în timpul hibernării, unde căldura este produsă independent de activitatea musculară a tremurului.

Hibernarea este un strategie de supraviețuire folosită de multe animale, caracterizată printr-o stare de repaus profund și reduceri profunde ale activității metabolice, temperaturii corpului, ritmului cardiac și respirației. În timpul hibernării, animalele se bazează pe rezervele de energie stocate, în special pe grăsimi, pentru a-și susține funcțiile corporale. Încetinirea metabolică permite hibernatorilor să conserve energia și să suporte perioade lungi de deficit de hrană și condiții de mediu dure în timpul iernii. Cu toate acestea, mecanismele celulare și moleculare care stau la baza hibernării rămân incomplet înțelese.

Mamiferele mai mici care hibernează se confruntă cu crize prelungite ale unei stări hipometabolice numite torpor, care le scade semnificativ temperatura corpului și este punctată de perioade spontane de interacțiune. excitații eutermice (IBA) — în care își ridică temporar temperatura corpului pentru a restabili unele funcții fiziologice, cum ar fi eliminarea deșeurilor și consumul de mai multe alimente.

Acest lucru contrastează cu mamiferele mai mari, a căror temperatură corporală este mult mai puțin redusă în timpul hibernarii. și rămâne destul de consistent. Mușchiul scheletic, care cuprinde aproximativ jumătate din masa corporală a unui mamifer, joacă un rol cheie în determinarea producției de căldură și a utilizării energiei.

„Până de curând, se credea că consumul de energie în mușchii scheletici este legat în primul rând de activitatea miozinei, care este implicată în contracția musculară. Cu toate acestea, există tot mai multe dovezi că, chiar și atunci când sunt relaxați, mușchii scheletici încă folosesc o cantitate mică de energie", explică autorul principal Christopher Lewis, cercetător postdoctoral la Departamentul de Științe Biomedicale. , Universitatea din Copenhaga, Danemarca.

„Capetele de miozină din mușchii pasivi pot fi în diferite stări de repaus: starea „dezordonat-relaxat” sau DRX și starea „super-relaxată” sau SRX. Capetele de miozină din starea DRX consumă ATP – moneda energetică a celulei – între cinci și zece ori mai repede decât cele din starea SRX”, adaugă Lewis.

Lewis și colegii au emis ipoteza că se modifică proporția. de miozină în stările DRX sau SRX poate contribui la reducerea consumului de energie observată în timpul hibernării. Pentru a testa acest lucru, au luat mostre de mușchi scheletici de la doi hibernatori mici — veverița de pământ cu treisprezece căptușeli și căținul de grădină — și doi hibernatori mari — ursul negru american și ursul brun.

În primul rând, s-au uitat la stabiliți dacă stările miozinei și ratele lor respective de consum de ATP au fost diferite între perioadele active și hibernare. Ei s-au uitat la fibrele musculare prelevate de la cele două specii de urși în timpul fazei lor active de vară (SA) și a perioadei de hibernare de iarnă.

Nu au găsit diferențe în proporția de miozină în starea DRX sau SRX între doua faze. Pentru a măsura rata consumului de ATP de către miozină, au folosit un test specializat numit testul de urmărire Mant-ATP. Acest lucru a dezvăluit că, de asemenea, nu au existat modificări în ratele consumului de energie al miozinei. Acest lucru poate fi pentru a preveni apariția unei pierderi musculare semnificative la urși în timpul hibernării.

Echipa a efectuat, de asemenea, testul de urmărire Mant-ATP pe probe prelevate de la mamifere mici în timpul SA, IBA și torpor. Ca și la hibernatorii mai mari, ei nu au observat diferențe în procentul de capete de miozină în formarea SRX sau DRX între cele trei faze. Cu toate acestea, ei au descoperit că timpul de turnover al ATP al moleculelor de miozină din ambele formațiuni a fost mai mic în IBA și torpor în comparație cu faza SA, ceea ce duce la o creștere generală neașteptată a consumului de ATP.

Pe măsură ce mamiferele mici suferă o scăderea mai semnificativă a temperaturii corpului în timpul hibernării decât mamiferele mari, echipa a testat dacă această creștere neașteptată a consumului de ATP a avut loc și la o temperatură mai scăzută. Ei au reluat testul de urmărire Mant-ATP la 8° C, comparativ cu temperatura ambiantă a laboratorului de 20° C utilizată anterior. Scăderea temperaturii a scăzut timpul de turnover al ATP legat de DRX și SRX în SA și IBA, ceea ce duce la o creștere a consumului de ATP.

Organele metabolice, cum ar fi mușchii scheletici, sunt bine cunoscute pentru creșterea temperaturii corpului ca răspuns. la o expunere semnificativă la frig, fie prin inducerea frisonului, fie prin termogeneză fără frison. Expunerea la frig a cauzat o creștere a consumului de ATP de către miozină în probele obținute în timpul SA și IBA, sugerând că miozina poate contribui la termogeneza fără frison la hibernatorii mici.

Echipa nu a observat modificări induse de frig în miozină. consumul de energie în probele obţinute în timpul torporei. Ei sugerează că acesta este probabil un mecanism de protecție pentru a menține temperatura scăzută a corpului și o oprire metabolică mai largă, observată în timpul torporului.

În cele din urmă, cercetătorii au vrut să înțeleagă schimbările care apar la nivel de proteine ​​în timpul diferite faze de hibernare. Ei au evaluat dacă hibernarea afectează structura a două proteine ​​de miozină de la veverița de pământ cu treisprezece căptuși, Myh7 și Myh2. Deși nu au observat modificări legate de hibernare în structura lui Myh7, ei au descoperit că Myh2 a suferit o fosforilare semnificativă - un proces crucial pentru stocarea energiei - în timpul torporului, în comparație cu SA și IBA.

Ei au analizat, de asemenea, structura celor două proteine ​​la ursul brun, negăsind diferențe structurale între SA și hibernare. Prin urmare, ei concluzionează că hiperfosforilarea Myh2 este asociată în mod specific cu torporul, mai degrabă decât cu hibernarea în general, și propun că aceasta servește la creșterea stabilității miozinei la mamiferele mici. Acest lucru poate acționa ca un mecanism molecular potențial pentru a atenua creșterile asociate miozinei în cheltuiala mușchilor scheletici ca răspuns la expunerea la frig în perioadele de torpor.

Editorii eLife notează că unele zone ale studiului necesită studii suplimentare. Și anume, probele de mușchi au fost prelevate exclusiv din picioarele animalelor studiate. Având în vedere că corpul central și membrele au temperaturi diferite, investigarea mostrelor de mușchi din alte zone ale corpului ar valida în continuare constatările echipei.

„În totalitate, descoperirile noastre sugerează că apar adaptări ale turnover-ului ATP în stările de miozină DRX și SRX. la mamifere mici, cum ar fi veverița de pământ cu treisprezece căptușeală în timpul hibernării în medii reci. În schimb, mamiferele mai mari, cum ar fi ursul negru american, nu prezintă astfel de modificări, probabil datorită temperaturii lor stabile a corpului în timpul hibernării", conchide autorul principal Julien Ochala, profesor asociat. la Departamentul de Științe Biomedicale, Universitatea din Copenhaga. „Rezultatele noastre sugerează, de asemenea, că miozina poate acționa ca un factor care contribuie la termogeneza fără frisoane a mușchilor scheletici în timpul hibernării.”

(Fluierul)