La rata topo desnuda: Conozca al vertebrado más destacado del año 2013

Articulos Cientificos

Nunca ganaría un concurso de belleza, pero este animal sin pelo, ciego y dentudo ha sido elegido por la revista Science como el vertebrado del año 2013. La razón es que la rata topo desnuda, procedente del este de África, tiene una extraordinaria resistencia al cáncer, lo que puede ser muy útil para estudiar la enfermedad en seres humanos y desarrollar mejores fármacos. Además, es longeva (30 años, todo un récord para un roedor), resistente al ácido y vive en túneles subterráneos casi sin oxígeno.

Características

La rata topo desnuda (Heterocephalus glaber) es uno de los mamíferos más extraños conocidos por la ciencia. Ellos casi no tienen pelo, de ahí su nombre, y tienen grandes incisivos salientes. Los dientes son una adaptación a vivir bajo tierra y son una herramienta clave para hacer túneles a través del suelo, también los utiliza para llevar los alimentos dentro de sus colonias, que en promedio constan de 80 animales. Las colonias de rata topo desnuda suelen ser dirigidas por una sola hembra reproductora que domina la colonia, "la reina", que se aparea con 1-3 machos. Este sistema social es altamente inusual en los mamíferos, pero es similar a la observada comúnmente en las abejas y las termitas y que se denomina eusocial1. Sin embargo, la reina parece utilizar una gestión física masculina para mantener el dominio (el llamado comportamiento de forcejeo), en lugar de las feromonas utilizadas por las abejas y termitas2,3.

Además de ser eusocial, son esencialmente de sangre fría (no pueden regular su temperatura corporal), de larga vida, adaptadas a dióxido de carbono alto / oxígeno bajo y no desarrollan cáncer4. Tales organismos inusuales se llaman a menudo extremófilos y la ciencia tiene una rica historia de descubrimientos innovadores mediante el estudio de estos organismos, por ejemplo, la extracción de Taq polimerasa de la bacteria Thermus aquaticus, que prospera a 70 ° C5, una enzima que ahora se utiliza rutinariamente en los experimentos en los laboratorios de todo el mundo para amplificar el ADN.

La masa corporal es generalmente un buen indicador de la vida máxima de una especie, pero las ratas topo desnudas rompen la tendencia. Ellas son de un tamaño similar al de los ratones y sin embargo los ratones rara vez viven más de 3.5 años (como su masa corporal lo predice), mientras que las ratas topo viven hasta 30 años6.

Aún no está claro cómo son capaces de vivir una vida tan larga y saludable , pero ellas ya han sido utilizadas como modelo para examinar varias teorías sobre cómo se produce el envejecimiento. Por ejemplo, una teoría sugiere que la exposición a especies reactivas de oxígeno causa un daño que resulta en el envejecimiento y que los organismos que viven un tiempo excepcionalmente largo deben generar niveles más bajos de especies reactivas de oxígeno y/o tienen mecanismos antioxidantes particularmente eficientes. En las ratas topo desnudas ni los niveles más bajos de especies reactivas de oxígeno están presentes7, ni los niveles de anti-oxidantes aparecen significativamente aumentados8. A pesar de esto, los fosfolípidos (un tipo de grasa que es un componente clave de las membranas celulares) están menos dañados por la oxidación en las ratas topo desnudas en comparación con aquellos roedores de vida más corta9. Además, parecen ser mejores para mantener la calidad y la estabilidad de las proteínas que los ratones10, y son muy resistentes al cáncer (ver más abajo). Es posible que todos estos sean factores que contribuyan a una mayor esperanza de vida en las ratas topo desnudas.

La excepcionalmente larga vida útil de las ratas topo desnudas, transforman a esta especie en un modelo muy adecuado para el estudio de los procesos de envejecimiento, especialmente los cambios fisiológicos que se producen en los animales de edad avanzada, que pueden ayudar a entender más acerca de los mecanismos que subyacen en el envejecimiento de los seres humanos.

Resistencia a la hipoxia e hipercapnia

Los animales con un estilo de vida subterráneo tienen que hacer frente tanto a los niveles bajos de oxígeno (hipoxia) así como los niveles de dióxido de carbono elevados (hipercapnia). Las ratas topo desnudas tienen una forma de hemoglobina con una excepcionalmente alta capacidad de recoger el oxígeno y así proporcionarlo en cantidades suficientes a los órganos del cuerpo11.

El cerebro de la rata topo desnuda es muy resistentes a la hipoxia y mantiene la neurotransmisión durante mucho más tiempo que el de los ratones durante episodios de niveles bajos de oxígeno12. La hipoxia ocurre comúnmente durante los accidentes cerebrovasculares y por lo tanto el estudio de los mecanismos que subyacen en la forma en que la rata topo desnuda hace frente a la hipoxia puede llevar a una mejor comprensión de cómo tratar los daños relacionados con el derrame cerebral.

Una posible consecuencia de vivir en la hipercapnia es la acidificación del tejido. Esto es porque el dióxido de carbono genera ácido carbónico al entrar en contacto con agua en el cuerpo. Mientras que los seres humanos encuentran el ácido doloroso (piensen en lo que nos sucede cuando entra en contacto el jugo de limón o el vinagre en una herida mientras cocinamos), y los ratones se lamen brevemente su pata después de recibir una inyección de solución salina ácida, las ratas topo desnudas no muestran ninguna reacción adversa, aunque sí muestran un respuesta de escape en las pruebas para el calor y la presión de la sensibilidad al compararlos con ratones13.

Los científicos han identificado cambios en la secuencia de aminoácidos de una proteína del canal de sodio dependiente de voltaje, NaV1.7, que es crucial para la transmisión de señales eléctricas en los nervios sensibles al dolor. Estos cambios en el NaV1.7 de la rata topo desnuda hace que sea cargado más negativamente. Esto hace que se atraiga fuertemente a los iones de hidrógeno cargados positivamente a partir del ácido, que bloquean el funcionamiento del NaV1.7. En consecuencia, ácido actúa como un anestésico, en lugar de un estímulo y, por lo tanto, estos animales no se lamen sus garras en respuesta a una pequeña inyección de ácido14.

La identificación de NaV1.7 en este papel fue un hallazgo clave para la comprensión de los mecanismos moleculares por los cuales el ácido evoca el dolor y puede tener importantes implicaciones en términos de desarrollo de fármacos. Esto se debe a la capacidad del ácido para provocar dolor en los seres humanos es más grave que un simple derrame de jugo de limón en una herida. La acidosis tisular es una característica de las enfermedades inflamatorias dolorosas como la artritis reumatoide. Por lo tanto, estos resultados pueden ayudar en el diseño de fármacos que se puedan utilizar para bloquear NaV1.7 y reducir el dolor.

Los cambios en un canal de sodio dependiente de voltaje diferente (NaV1.8) ha sido demostrado en la resistencia del ratón saltamontes (Onychomys torridus) al veneno inductor de dolor del escorpión bark de Arizona (Centruroides sculpturatus), permitiendo a estos ratones alimentarse de ellos15. NaV1.8 se produce específicamente en neuronas sensibles al dolor y la comprensión de cómo el veneno de escorpión se une e inhibe NaV1.8, puede ayudar al desarrollo de inhibidores de NaV1.8. Este estudio, junto con la actual investigación sobre la rata topo desnuda, demuestra lo que se puede aprender del estudio con animales poco comunes.

Resistencia al cáncer

Un factor que subyace a la longevidad de las ratas topo desnudas es su resistencia al cáncer. Durante un período de 15 años en un estudio de los animales alojados en el Zoológico Brookfield, ninguna de las 138 ratas topo desnudas que murieron por causas naturales se observó que hayan desarrollado cáncer16. Por el contrario, aproximadamente uno de cada tres seres humanos desarrollan cáncer durante su vida, una frecuencia que es probable que aumente si el ser humano vive más tiempo17. Hallazgos recientes sugieren que las células de estas ratas producen un azúcar de cadena larga llamada hialuronano, que parece hacer que las células de estos animales resistan a los cambios que hacen que una célula normal se vuelva cancerosa18. Curiosamente, esta misma proteína puede aumentar la flexibilidad de la piel de la rata para ayudarla a lidiar con su vida dentro de los túneles.

Con tantos rasgos inusuales, la ciencia puede aprender mucho de las ratas topo desnudas y los hallazgos podrían tener una amplia gama de efectos positivos en el tratamiento de enfermedades en los animales humanos y no humanos.

Ewan St John Smith
http://www.phar.cam.ac.uk/research/Smith

References

  1. Jarvis, J. U. Eusociality in a mammal: cooperative breeding in naked mole-rat colonies. Science 212, 571–3 (1981).
  2. Faulkes, C. G. & Abbott, D. H. Evidence that primer pheromones do not cause social suppression of reproduction in male and female naked mole-rats (Heterocephalus glaber). Reprod 99, 225–230 (1993).
  3. Reeve, H. K. Queen activation of lazy workers in colonies of the eusocial naked mole-rat. Nature 358, 147–9 (1992).
  4. Edrey, Y. H., Park, T. J., Kang, H., Biney, A. & Buffenstein, R. Endocrine function and neurobiology of the longest-living rodent, the naked mole-rat. Exp Gerontol 46, 116–123 (2011).
  5. Chien, A., Edgar, D. B. & Trela, J. M. Deoxyribonucleic acid polymerase from the extreme thermophile Thermus aquaticus. J Bacteriol 127, 1550–1557 (1976).
  6. Buffenstein, R. Negligible senescence in the longest living rodent, the naked mole-rat: insights from a successfully aging species. J Comp Physiol B 178, 439–45 (2008).
  7. Labinskyy, N. et al. Comparison of endothelial function, O2-* and H2O2 production, and vascular oxidative stress resistance between the longest-living rodent, the naked mole rat, and mice. Am J Physiol 291, H2698–704 (2006).
  8. Andziak, B., O’Connor, T. P. & Buffenstein, R. Antioxidants do not explain the disparate longevity between mice and the longest-living rodent, the naked mole-rat. Mech Aging Dev 126, 1206–12 (2005).
  9. Hulbert, A. J., Faulks, S. C. & Buffenstein, R. Oxidation-resistant membrane phospholipids can explain longevity differences among the longest-living rodents and similarly-sized mice. J Gerontol A Biol Sci Med Sci 61, 1009–1018 (2006).
  10. Perez, V. I. et al. Protein stability and resistance to oxidative stress are determinants of longevity in the longest-living rodent, the naked mole-rat. Proc Natl Acad Sci 106, 3059–64 (2009).
  11. Johansen, K., Lykkeboe, G., Weber, R. E. & Maloiy, G. M. Blood respiratory properties in the naked mole rat Heterocephalus glaber, a mammal of low body temperature. Resp Physiol 28, 303–14 (1976).
  12. Larson, J. & Park, T. J. Extreme hypoxia tolerance of naked mole-rat brain. Neurorep 20, 1634–1637 (2009).
  13. Park, T. J. et al. Selective inflammatory pain insensitivity in the African naked mole-rat (Heterocephalus glaber). PLoS Biol 6, e13 (2008).
  14. Smith, E. S. J. et al. The Molecular Basis of Acid Insensitivity in the African Naked Mole-Rat. Science 334, 1557 –1560 (2011).
  15. Rowe, A. H., Xiao, Y., Rowe, M. P., Cummins, T. R. & Zakon, H. H. Voltage-gated sodium channel in grasshopper mice defends against bark scorpion toxin. Science 342, 441–446 (2013).
  16. Delaney, M. A., Nagy, L., Kinsel, M. J. & Treuting, P. M. Spontaneous Histologic Lesions of the Adult Naked Mole Rat (Heterocephalus glaber): A Retrospective Survey of Lesions in a Zoo Population. Vet Pathol 50, 607–621 (2013).
  17. CRUK. Lifetime risk of cancer. (2013) http://www.cancerresearchuk.org/cancer-info/cancerstats/incidence/risk/#citationstats
  18. Tian, X. et al. High-molecular-mass hyaluronan mediates the cancer resistance of the naked mole rat. Nature 499, 346–349 (2013).

Artículo traducido al español desde AnimalResearch.Info

Comentarios

  • izamar: 16 feb 2014

    es muy interesante este articulo. gracias por publicarlo :)


  • elvia victoria: 23 sep 2014

    que interesante es para mi libro


  • Carmen Alicia Cardozo de Martinez: 09 jul 2015

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