Superexpressão do hormônio do crescimento (GH) e as respostas ao estresse abiótico em um modelo de zebrafish (Danio rerio) transgênico

Abstract

Peixes transgênicos que superexpressam o gene do hormônio do crescimento (GH) podem apresentar taxas de crescimento almejadas para a produção na aquicultura. No entanto, o aumento do nível de GH causado pela transgenia pode modificar as respostas biológicas frente à presença de estressores bióticos e abióticos. Desta forma, o principal objetivo deste estudo foi analisar os efeitos do excesso de GH promovido pela transgenia sobre a tolerância a diferentes estressores abióticos, em um modelo de peixe (Danio rerio) transgênico para o GH. A exposição às variações de salinidade, temperatura e oxigênio foram os parâmetros considerados como estressores abióticos. A alteração da tolerância a estes fatores, promovida pela superexpressão do GH foi avaliada em nível de expressão de genes, atividades enzimáticas e produtos metabólicos, com a finalidade de entender os mecanismos destas modificações. No primeiro estudo, peixes transgênicos adultos foram expostos à salinidade hiperosmótica de 11 ppt e os resultados demonstraram que o excesso de GH aumenta a atividade da enzima Na+,K+14 ,ATPase e aumenta, consequentemente, a absorção de Na+. O excesso de Na+ 15 nos peixes transgênicos pode justificar a maior taxa de mortalidade destes animais. No segundo estudo, as respostas ao estresse térmico foram analisadas em peixes transgênicos adultos e juvenis expostos à alta temperatura (39o17 C) e baixa temperatura (13o18 C). Estes experimentos demonstraram um aumento na sobrevivência dos peixes transgênicos juvenis expostos à 13o19 C, e uma diminuição nos adultos e juvenis transgênicos expostos à 39 o20 C. Associado a estes resultados, houve uma alteração no padrão de expressão das proteínas de choque térmico (HSPs), relacionado à idade e à temperatura. No último estudo, peixes transgênicos e não-transgênicos foram expostos ao estresse hipóxico (1.5 mgO2/L). Os resultados indicam que os peixes transgênicos são mais suscetíveis à baixa concentração de oxigênio. Adicionalmente, foi observado um aumento na atividade da enzima lactato desidrogenase (LDH) e na concentração de lactato nos peixes transgênicos. Assim estes resultados sugerem que o excesso de GH promovido pela transgenia prejudica a habilidade de manter o metabolismo aeróbico em baixos níveis de oxigênio, ativando o metabolismo anaeróbico nestes animais. Em conclusão, a exposição a distintos estressores abióticos mostrou que a superexpressão do GH pode alterar, de forma diferenciada, a tolerância termal, osmótica e hipóxica, de acordo com a idade e ao tipo de estresse.

Growth hormone (GH) transgenic fish may show growth rates sought for production in aquaculture. Nevertheless, the increased GH level caused by transgenesis can modify the biological responses to presence of biotic and abiotic stressors. Therefore, this study aimed to analyze the effects of GH excess on tolerance to variations of salinity, temperature and oxygen, in a GH transgenic fish (Danio rerio) model. In addition, gene expression, enzymatic activities and metabolic products were evaluated after tolerance tests, in order to understand the physiologic alteration promoted by GH overexpression. In the first study, adult transgenic fish were exposed to hyperosmotic salinity of 11 ppt. The results showed that GH transgenic fish were more susceptible to hyperosmotic salinity than non-transgenic fish. Besides, GH11 transgenic fish showed an increase of Na+, K+, ATPase enzyme activity, which could be associated to higher mortality in this group. In the second study, GH transgenic fish (juveniles and adults) and non-transgenic fish (juveniles and adults) were exposed to high temperature (39oC) and low temperature (13o14 C). These experiments showed that GH transgenesis increased survival in juveniles under low temperature, and decreased in both juveniles and adults, under high temperature. Associated to these results, there is an alteration in HSPs gene expression pattern related to age and temperature. In the last study, transgenic and non-transgenic fish were submitted to hypoxic stress. The results indicated that transgenic fish are more susceptible to low levels of oxygen (1.5 mgO2/L). Additionally, an increase of lactate dehydrogenase (LDH) activity and lactate concentration was observed in transgenic fish. Taken altogether, these findings indicate that GH-transgenesis impaired the ability of juvenile zebrafish to sustain the aerobic metabolism, thus inducing the anaerobic metabolism when fish were challenged to low oxygen levels in the water. In conclusion, the exposure to different abiotic stressors has shown that GH overexpression can alter thermal, osmotic and hypoxic stress tolerance differently according to the age and stress.