Descubierto: células cerebrales que controlan estados similares a la hibernación

ARRIBA: Un ratón normal (izquierda) y uno en letargo (derecha) se muestran con sus imágenes térmicas (abajo). El letargo, como la hibernación, se asocia con una caída drástica de la temperatura corporal. TAKESHI SAKURAI

Equipos de investigación de EE. UU. y Japón han descubierto de forma independiente y por rutas no relacionadas una población de neuronas hipotalámicas en ratones que inducen la baja temperatura corporal, metabolismo reducido e inactividad característica de la hibernación y el letargo. Los dos artículos se publican hoy (11 de junio) en Nature.

Tratando de precisar qué neuronas están involucradas en el inicio del letargo y la hibernación. . . es ciertamente algo en lo que los biólogos han estado interesados durante varios años, dice el biólogo Steven Swoap del Williams College, que no participó en la investigación. Ambos [los equipos] lo abordan desde un ángulo diferente y casi terminan en el mismo lugar, por lo que se complementan de esa manera, lo cual es bastante bueno, agrega.

Hibernación y letargo diario Ambas son formas de animación suspendida de mamíferos y comparten una serie de características. Ambos implican descensos significativos, pero regulados, de la temperatura corporal, el metabolismo, la frecuencia cardíaca, la frecuencia respiratoria y la actividad, y se cree que ambos son formas de conservar la energía cuando la comida escasea. Mientras que la hibernación dura semanas o meses, sin embargo, el letargo diario dura varias horas cada día.

Se desconoce por qué algunos mamíferos como los osos y ciertos primates y roedores tienen la capacidad de entrar en períodos de latencia mientras que otros no. Pero la diversidad de especies que hibernan sugiere que los mecanismos biológicos que controlan tales estados también pueden conservarse, aunque no se utilicen, en especies que no hibernan. Esta tentadora posibilidad genera ideas de enviar astronautas inactivos en viajes espaciales prolongados, así como nociones más realistas de reducir temporalmente la temperatura corporal y el metabolismo para preservar los tejidos en pacientes con, por ejemplo, lesiones traumáticas.

Antes de que se puedan considerar esquemas tan fantásticos, es esencial descubrir cómo funciona la hibernación. Se sabe mucho sobre los cambios fisiológicos que ocurren durante el letargo y la hibernación, pero lo que no se sabía es cómo el cerebro regula centralmente este proceso, dice la neurobióloga Sinisa Hrvatin, posdoctorada en la Escuela de Medicina de Harvard.

Para investigar , Hrvatin y sus colegas recurrieron a los ratones de laboratorio porque cuando a estos animales se les priva de alimentos durante aproximadamente 10 horas y se los aloja a bajas temperaturas, entran en un estado de letargo, explica Hrvatin.

Enfocándose en la región del hipotálamo de el cerebro conocido por controlar, entre otras cosas, la alimentación, la temperatura y el sueño. El equipo usó un ingenioso truco genético, dice Swoap, para etiquetar las células activadas al entrar en letargo. Más tarde, una vez que los animales fueron alimentados y recuperados, el truco genético permitió al equipo reactivar esas mismas neuronas, devolviendo a los animales alimentados al topor. Swoap dice que es un hallazgo muy grande e importante.

El análisis de ARN de una sola célula de las neuronas activadas por letargo mostró que el subconjunto más grande de tales células eran aquellas que expresaban el gen del polipéptido activador de la adenilato ciclasa hipofisaria. (PACAP). Los experimentos posteriores en los que solo se activaron estas células positivas para PACAP en ratones mostraron una inducción similar de letargo. Por el contrario, la inhibición de las células PACAP interrumpió el letargo normal en ratones en ayunas.

Mientras tanto, en Japón, Genshiro Sunagawa de RIKEN, Takeshi Sakurai de la Universidad de Tsukuba y sus colegas estaban investigando la función de un pequeño puñado de hipotálamo células que expresan un neuropéptido particular llamado péptido RF-amida piroglutamilado (QRFP). Inicialmente, el equipo no sospechaba un papel para las células en hibernación o letargo, explican Sunagawa y Sukurai en un correo electrónico a The Scientist.

Se pensaba que [QRFP] estaba involucrado en la regulación de la alimentación, el comportamiento y la regulación simpática, así como el estado de ánimo, escriben. Entonces, cuando estimularon las células productoras de QRFP, a las que llaman neuronas Q, en ratones y descubrieron que inducía un topor prolongado, el resultado fue totalmente inesperado, agregan. El equipo también demostró que la inhibición de las neuronas Q alteraba el letargo normal.

A diferencia del letargo normal, que dura unas horas, la estimulación de las neuronas Q inducía una hipotermia que duraba varios días. El fenotipo de letargo que ven es sorprendente, dice el fisiólogo y conductista Zackary Knight de la Universidad de California en San Francisco, quien no participó en el estudio. Realmente sugiere que la estimulación de estas células activa algún tipo de interruptor por el cual el animal se encuentra en un estado hipometabólico a largo plazo.

Ambos artículos. . . crear un conjunto similar de neuronas ubicadas aproximadamente en el mismo lugar en el hipotálamo del cerebro del ratón, dice el neurocientífico Shaun Morrison de Oregon Health & Universidad de Ciencias que no participó en la investigación. La gran pregunta es, ¿son estas las mismas neuronas?

Encontramos que algunas neuronas Q expresan PACAP, escriben Sunagawa y Sakurai, pero muchas neuronas PACAP no expresan QRFP, agregan, lo que sugiere que sus neuronas Q son una subconjunto de las que encontraron Hrvatin y sus colegas.

Es probable que, incluso si no son las mismas neuronas, ciertamente están hablando entre sí, dice Swoap. El siguiente paso es determinar cómo puede ocurrir tal conversación y qué señales y factores influyen en ella. Armados con este conocimiento, especulamos que [la hipotermia y el hipometabolismo] también pueden inducirse en otros mamíferos que no hibernan, incluidos los humanos, escriben Sunagawa y Sakurai.

S. Hrvatin et al., Neurons that regulator mouse torpor, Nature, doi:10.1038/s41586-020-2387-5, 2020.

TM Takahashi et al., Un circuito neuronal discreto induce un estado de hibernación en roedores, Naturaleza , doi:10.1038/s41586-020-2163-6, 2020.