Las ratas topo desnudas africanas a veces se denominan superhéroes animales. Resisten el cáncer, toleran el dolor y viven un tiempo notablemente largo. También son conocidas por su capacidad para manejar altos niveles de dióxido de carbono y pueden durar varios minutossin oxígeno. Pero los investigadores informan Biología actual el 30 de abril dicen que pueden haber encontrado la criptonita de las ratas topo: necesitan altos niveles de dióxido de carbono para funcionar.
"Mientras prosperan en sus estrechos cuartos de nido, la composición del aire justo por encima de la superficie de sus madrigueras en el este de África los hace vulnerables a las convulsiones", dijo Dan McCloskey de la Universidad de la Ciudad de Nueva York. "Porque eso es lo que sucede cuando están desnudoslas ratas topo pierden dióxido de carbono "
En otras palabras, las ratas topo no solo toleran altos niveles de dióxido de carbono en sus nidos abarrotados; parece que realmente lo requieren. Cuando alcanzan la superficie caliente y comienzan la hiperventilación inducida por el calor en el aire fresco,los envía a las convulsiones. En el estudio ahora informado, los investigadores encontraron que esta curiosa necesidad de dióxido de carbono se explica por la presencia de una mutación sin sentido en un gen que codifica el principal transportador de cloruro neuronal conocido como KCC2.
Los investigadores llegaron a este descubrimiento de una manera inesperada. Las ratas topo desnudas tienen poco control sobre la temperatura de su cuerpo y también son propensas a incautarse en respuesta al calor, lo sabían. McCloskey y el primer autor del nuevo estudio Michael Zions habían sidoexplorar esta susceptibilidad a afecciones similares a la fiebre como modelo para las convulsiones inducidas por fiebre febril en niños humanos.
El equipo unió fuerzas con Kai Kaila y Martin Puskarjov, Universidad de Helsinki, Finlandia. Kaila, experta en convulsiones febriles, y Puskarjov habían encontrado anteriormente una mutación que afectaba a KCC2 en familias de personas propensas a ellos. Lo que ahora saben es quelas ratas topo y aquellas familias con una predisposición genética para las convulsiones febriles llevan el mismo cambio genético.
"Sabíamos que había algún valor en la línea de investigación, pero no teníamos idea de que las similitudes llegarían hasta el nivel genético", dijo Kaila.
"La identificación del polimorfismo genético en la rata topo KCC2 fue una sorpresa", agregó Puskarjov. "Además de un pequeño subconjunto de humanos, las ratas topo desnudas son ahora los únicos otros mamíferos conocidos que albergan esta variante".
Un estudio adicional arrojó más sorpresas. Cuando los investigadores dieron a una rata topo desnuda el medicamento anticonvulsivo diazepam, el medicamento desencadenó una convulsión en lugar de prevenirla. Si bien el resultado fue inesperado, les ayudó a dar sentido a años de comportamiento inusualy datos electrofisiológicos: las ratas topo desnudas confiaban en dióxido de carbono para ayudarlas a compensar las deficiencias en el sistema inhibidor GABAérgico de su cerebro.
KCC2 es un transportador de cloruro: su trabajo normal es controlar la cantidad de cloruro dentro de las neuronas. En un mamífero adulto típico, los niveles de cloruro en las neuronas centrales se mantienen bajos. Cuando el neurotransmisor GABA se une a una neurona, el cloruro entra y bloqueala actividad de la neurona. Esta capacidad de reducir la actividad neuronal es esencial para que miles de neuronas trabajen juntas de manera coordinada y eviten sobreexcitarse. En la rata topo desnuda y las personas con la mutación, KCC2 no elimina el cloruro de las neuronastan eficazmente. Como resultado, esta cascada inhibitoria no funciona tan bien.
"Los cerebros desnudos de ratas topo carecen de la inhibición que necesita un mamífero. En cambio, están utilizando el dióxido de carbono para volver a donde tienen que estar", dijo Zions. "Prefieren niveles de CO2 que aterraríanpersona, pero están preocupados por el aire fresco. Han aprovechado la responsabilidad de cavar literalmente un nicho "
Como explican los investigadores, un cerebro con inhibición inhibida normalmente sería una desventaja, ya que es en personas propensas a convulsiones febriles. Funciona para las ratas topo desnudas porque dependen de sus entornos ricos en dióxido de carbono para ayudar a mantener su cerebro dentroparámetros normales. "Creemos que están utilizando dióxido de carbono del nido para compensar su sistema GABA empobrecido", dijo Kaila.
Los investigadores creen que los hallazgos pueden proporcionar una pista esencial de por qué las ratas topo desnudas son una de las dos únicas especies de mamíferos que evolucionan la eusocialidad y viven juntas en colonias altamente cooperativas.
"Las áreas bajas en dióxido de carbono pueden causar hiperexcitabilidad y sobreestimulación o ansiedad. Su fisiología cerebral les insta a regresar al nido en lugar de salir por su cuenta", dijo McCloskey. El apoyo a esta idea proviene del descubrimiento de los investigadores de quesolo otro mamífero eusocial, la rata topo de Damaraland, tiene una mutación ligeramente diferente en la misma ubicación exacta en el gen KCC2 que la rata topo desnuda.
Además de las ideas sobre la evolución de la rata topo, los hallazgos también pueden tener implicaciones para las personas que portan la variante KCC2, incluidas las personas propensas a las convulsiones febriles y las personas con epilepsia generalizada idiopática, esquizofrenia o autismo que en algunos casos también tienenLa variante, según los investigadores: "Los patrones de respiración y las necesidades de dióxido de carbono de estos individuos es algo a considerar", dijo Kaila.
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