Сибирские хомяки готовятся к зиме по сокращающемуся световому дню

Анализ первого полностью секвенированного генома сибирского хомяка показал, как эти небольшие сезонные животные адаптируют своё тело и энергопотребление для выживания зимой.

Исследование, опубликованное на этой неделе в Proceedings of the National Academy of Sciences, также включает анализ транскриптома — экспрессии генов в мозге в летних и зимних условиях. Это раскрывает каскад сигналов, подготавливающих хомяка к зиме, который запускается сокращением светового дня.

Сибирский хомяк (Phodopus sungorus) — модельный организм для изучения сезонных биологических ритмов. Они размножаются весной и в начале лета, но с приближением осени и сокращением дня их тела резко меняются. Хомяки теряют почти половину массы тела (в основном за счёт жира) и сокращают потребление пищи на 30–40%. Они не впадают в спячку, но умеренно снижают дневную температуру тела для экономии энергии. Их мех утолщается и становится белым, а также наступает временное бесплодие до подготовки к следующему сезону размножения.

Новое исследование показывает, что одного лишь изменения длины дня достаточно для запуска этих изменений, независимо от температуры или доступности пищи.

Связывая точки

Исследователи сосредоточились на активности гипоталамуса — части мозга, инициирующей важные метаболические процессы. Они хотели понять, как животные поддерживают массу тела в долгосрочном годовом цикле.

Анализируя различия в экспрессии генов между летним и зимним периодами, учёные выявили ключевую роль гена pomc. Учёные давно предполагали его участие в долгосрочной регуляции веса и энергетического баланса, но механизм оставался загадкой.

Цепочка событий начинается с гормона щитовидной железы T4. Когда световой день увеличивается весной, хомяк производит ферменты дейодиназы. Они превращают T4 в более мощный гормон T3, который контролирует активность pomc.

• Летом повышенное производство T3 делает хомяков плодовитыми и усиливает активность pomc, приводя к набору веса.
• Осенью, с сокращением дня, производство T3 снижается, отключая репродуктивную функцию. Пониженный T3 также «выключает» pomc, что приводит к резкой потере веса.

Сравнение генома сибирского хомяка с другими мелкими млекопитающими показало, что он разделяет специфические последовательности (мотивы) в промоторной области гена pomc с другими сезонными животными. Это указывает на ключевую роль этого участка ДНК в адаптациях к лету и зиме.

В отдельном эксперименте ограничение количества пищи вызвало некоторые изменения в химии мозга, но не повлияло на экспрессию pomc. Только долгосрочные изменения длины дня воздействовали на этот ген.

Это делает сибирского хомяка интересной моделью не только для изучения сезонных адаптаций, но и для понимания регуляции массы тела в целом, поскольку это животное обратимо набирает и теряет почти половину своего веса по сигналу длины дня.