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Previous issue date: 2017-08-21 / Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Amazonas - FAPEAM / Hypoxia events are common in the aquatic ecosystems of the Amazon. As a result, numerous adaptive adjustments to optimize oxygen uptake are known in the fish of this region, including, but not limited to, increased opercular beats, the release of circulating blood cells, metabolic suppression, and reduction of organic phosphate concentration in erythrocytes. This study aimed to find out how the regulation of the concentration of guanosine triphosphate ([GTP]) occurs in the red cells of tambaqui exposed to hypoxia. GTP by acting as a negative modulator of the affinity of hemoglobin with O 2 decreases oxygen uptake; thus, a reduction of [GTP] in hypoxia represents a strategy to improve the transfer of oxygen to tissues. An important cellular process that may be involved in the reduction of GTP levels in erythrocytes is the synthesis of proteins, specifically the translation stage. At this point there is an element designate eIF2α, which requires GTP to be able to recruit the RNAt Met i and continue the formation of the translation machinery. Thus, we investigated the relative expression of two eIFs (eIF2α and eIF3A) by real-time PCR and quantified the GTP in erythrocytes of tambaqui juveniles exposed to normoxia, four exposures to hypoxia (<1 mgO 2 /L) (30, 140, 200 e 260 min) and recovery from hypoxia (240 e 480 min) in >6.0 mgO 2 /L. Our results showed an increase in the relative expression of the two genes analyzed at practically all times of
exposure to hypoxia. eIF2α gene was not elevated relatively to the control group at 30 min only. The concentrations of GTP were sharply reduced until the group exposed to 140 min of hypoxia, remaining practically stable until 480 min of recovery. In this way, we noticed that the decrease in the [GTP] occurred between the 30 and 140 min of hypoxia. We confirmed that Colossoma macropomum specimens were hypoxic by high plasma levels of glucose and lactate of animals subjected to low oxygen availability in water. The increase in the relative expression of the eIFs at the same time as a sharp reduction in the GTP concentration in the tambaqui erythrocytes a relationship between the intensity of the protein synthesis and the consumption of GTP molecules. However, during hypoxia, a severe metabolic suppression occurs to establish a balance between production and consumption of ATP, since the primary source of this compound is compromised. As a consequence an overall decrease in protein synthesis is observed. On the other hand, many genes linked to the mechanisms of hypoxia response are regulated positively, increasing their transcripts in the cell, which, to become functional products, depend on an elevation of the translation rate, even if only transient. This phenomenon contributes to the metabolic reorganization, essential for greater resistance of organisms to hypoxia. / Eventos de hipóxia são comuns nos ecossistemas aquáticos da Amazônia. Como resultado, inúmeros ajustes adaptativos voltados a otimizar a captação de oxigênio são conhecidos nos peixes dessa região, que incluem, entre outros, aumento dos batimentos operculares, liberação de células sanguíneas na circulação, supressão metabólica e redução da concentração dos fosfatos orgânicos nos eritrócitos. O principal objetivo deste estudo foi desvendar como ocorre a regulação da concentração do trifosfato de guanosina ([GTP]) nas células vermelhas do tambaqui em hipóxia. O GTP diminui a eficiência no transporte de oxigênio porque atua como modulador negativo da afinidade da hemoglobina com O 2 . Dessa forma, a diminuição da [GTP] em hipóxia representa uma estratégia para melhorar a transferência de oxigênio para os tecidos. Um importante processo celular que pode estar envolvido com a queda na concentração de GTP nos eritrócitos é a síntese de proteínas, especificamente a etapa de tradução. Nesse ponto atua um elemento denominado eIF2α, o qual necessita de GTP para poder recrutar o RNAt Met i e dar continuidade à formação da maquinaria de tradução. Sendo assim, investigamos a expressão relativa de dois eIFs (eIF2α e eIF3A) por meio de PCR em tempo real e quantificamos o GTP nos eritrócitos de juvenis de tambaqui expostos à normóxia, quatro exposições à hipóxia (<1 mgO 2 /L) (30, 140, 200 e 260 min) e recuperação da hipóxia (240 e 480 min) em >6.0 mgO 2 /L. Nossos resultados mostraram claro aumento da expressão relativa dos dois genes analisados em praticamente todos os tempos de exposição àhipóxia; já que apenas no tempo 30 min o gene eIF2α não apresentou-se elevado em relação ao grupo controle. As concentrações de GTP sofreram forte redução até o grupo exposto a 140 min de hipóxia, mantendo-se praticamente estável até 480 min de recuperação. Sendo assim, notamos que a queda na [GTP] ocorreu entre os tempos 30 min e 140 min de hipóxia. Confirmamos que os exemplares de Colossoma macropomum estavam em hipóxia por meio dos altos níveis de glicose e lactato plasmáticos quantificados nos animais submetidos a baixa disponibilidade de oxigênio na água. O incremento na expressão relativa dos eIFs ao mesmo tempo em que houve a brusca redução na concentração de GTP nos eritrócitos do tambaqui constitui evidência a favor da relação entre intensidade da síntese de proteínas e consumo de moléculas de GTP. No entanto, durante a hipóxia, ocorre uma séria supressão metabólica para estabelecer um equilíbrio entre a produção e o consumo de ATP, uma vez que a principal fonte geradora desse composto encontra-se comprometida. Isso resulta em uma diminuição global na síntese de proteínas. Por outro lado, inúmeros genes ligados aos mecanismos de resposta à hipóxia são regulados positivamente, aumentando seus transcritos na célula, os quais, para se tornarem produtos funcionais dependem de uma elevação da taxa de tradução, mesmo que apenas transitória. Esse fenômeno contribui para a reorganização metabólica, essencial para maior resistência dos organismos à hipóxia.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:localhost:tede/2388 |
| Date | 21 August 2017 |
| Creators | Oliveira, Vinícius Faria de |
| Contributors | Val, Adalberto Luis |
| Publisher | Instituto Nacional de Pesquisas da Amazônia, Genética, Conservação e Biologia Evolutiva (GCBEv), INPA, Brasil, Coordenação de Pós Graduação (COPG) |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do INPA, instname:Instituto Nacional de Pesquisas da Amazônia, instacron:INPA |
| Rights | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/, info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | -5829914500254207356, 600, 600, 600, 600, 3806999977129213183, -2555911436985713659, -4671505905809893211 |
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