Análisis de los mecanismos involucrados en la ruta de biosíntesis de taurina en el pejelagarto (Atractosteus tropicus, Gill 1863)

Abstract

La taurina, es un ácido amino sulfónico que existe de forma natural en mamíferos, aves, peces e invertebrados y está involucrado en una amplia variedad de funciones fisiológicas y metabólicas. En peces, la disponibilidad de taurina es regulada durante el desarrollo ontogenético, en donde su capacidad de síntesis endógena depende de la especie. Está capacidad de síntesis endógena ha sido descrita en tres diferentes rutas. Estas rutas y los transcritos/genes que participan en ellas son: I) Ruta del ácido cisteíno sulfínico, cisteína dioxigenasa (cdo1), ácido sulfinico descarboxilasa (csad); II) Ruta del ácido cisteíno, cdo1, ácido glutámico descarboxilasa (gad); III) Ruta de la cisteamina, 2-aminoetanetiol dioxigenasa (ado). Por su parte, el encargado de distribuir esta taurina producida durante la biosíntesis, es el transportador de taurina (taut), ya que juega un papel importante durante la regulación de la taurina disponible en el organismo. En el presente trabajo de doctorado se utilizó al pejelagarto Atractosteus tropicus como modelo para estudiar los diferentes mecanismos de biosíntesis de taurina a partir del estudio de los genes involucrados en su biosíntesis y su transporte desde el punto de vista bioinformático, molecular y nutricional. Estos resultados permitirán tener una perspectiva más amplia para comprender mejor estos procesos moleculares evolutivamente primitivos en un pez ancestral. En la primera parte de esta tesis (Capítulo 2) se realizó una búsqueda referenciada de los principales procesos fisiológicos en los que participan los diferentes genes involucrados en la biosíntesis (cdo, csad, gad y ado) y el transportador (taut) de taurina. En esta revisión se observó que diferentes procesos fisiológicos como la reproducción, la digestión, los sistemas olfativo, visual, circulatorio y muscular se ven afectados cuando alguno de los genes no es sintetizado por el organismo y/o existe alguna eliminación o silenciamiento por técnicas moleculares. Así también, se realizó la inferencia de los sitios de unión de factores de transcripción (TFBS) y los factores de transcripción involucrados en la regulación de la biosíntesis y transporte de taurina desde un enfoque bioinformático. Se utilizaron como referencia las regiones promotoras de diferentes especies de peces. Como resultado se encontró que Homeobox protein BarH-like 1 (BARX1), Brain-specific homeobox protein homolog (BSX), Helicase-like Transcription Factor (HLTF), Homeobox protein Hox-A7 (HOXA7), Homeobox protein Hox-B3 (HOXB3), Homeobox protein Hox-B6 (HOXB6), Homeobox protein Meis1 (MEIS1), Homeobox protein Meis3 (MEIS3), Nuclear factor of activated T cells 1 (NFATC1), y Homeobox protein Nkx-6.2 (NKX6-2) se encontraban en las regiones promotoras de todos los genes implicados en la biosíntesis y transporte de taurina de las diferentes especies estudiadas. Estos resultados permiten sentar un antecedente para futuras investigaciones relacionadas con la identificación de factores de transcripción en genes relacionados con la biosíntesis de taurina. En la segunda parte (Capítulo 3), se identificó si A. tropicus tiene la capacidad de síntesis de taurina durante su desarrollo ontogenético y en diferentes órganos de juveniles tempranos. Como resultado se reportan las secuencias correspondientes a cdo, csad, gad, ado y taut de A. tropicus. Estas secuencias fueron obtenidas de su transcriptoma utilizando como referencia los ortólogos de L. oculatus. Las secuencias analizadas se utilizaron para conocer su similitud y filogenia con la de otras especies, así como para la identificación de sus patrones de expresión en embriones, larvas y órganos de juveniles tempranos. Los resultados mostraron una expresión fluctuante de todos los transcritos involucrados en la biosíntesis y transporte de taurina en las diferentes etapas analizadas. La expresión de todos los transcritos está presente desde la eclosión. La expresión de todos los transcritos a excepción de csad, disminuye 23 días después de la eclosión (dde), cuando el organismo ha finalizado su período larval. En juveniles tempranos (31 dde), se observó que la expresión de cdo, ado y taut está presente en todos los órganos examinados (hígado, cerebro, ojo, branquias, piel, músculo, intestino y estómago). Los resultados sugieren que embriones, larvas y juveniles pueden sintetizar taurina utilizando las tres diferentes rutas. Se puede sugerir que la ruta de la cisteamina (ruta III) es la ruta principal en las diferentes etapas estudiadas en el pejelagarto. Sin embargo, se considera que es órgano dependiente, ya que la ruta del ácido cisteíno sulfínico es predominante en el hígado, mientras que la del ácido cisteíno solo ocurre en ojo, cerebro y piel. Si bien, los resultados aportan una idea del mecanismo de biosíntesis de taurina en embriones, larvas y juveniles tempranos de pejelagarto, es necesario realizar estudios adicionales, para entender mejor el efecto de la taurina a diferentes niveles fisiológicos y nutricionales. En la tercera parte del presente trabajo (Capítulo 4), se realizó un experimento para analizar el efecto que tiene la suplementación de taurina en el crecimiento, sobrevivencia, la caracterización morfológica de la mucosa intestinal y la expresión relativa de genes implicados en la biosíntesis y el transporte de taurina en larvas de pejelagarto. Se probaron cinco dietas las cuales consistieron en una dieta basal (0% taurina), más cuatro con diferentes porcentajes de inclusión de taurina (0.5, 1.0, 1.5, y 2.0%). Las harinas de pescado, ave y cerdo fueron lavadas con etanol para remover el contenido de taurina en estas fuentes de proteína. Los tratamientos se realizaron por triplicado utilizando 120 organismos por unidad experimental y distribuidos aleatoriamente en 15 tanques. Los organismos fueron alimentados cinco veces al día (08:00, 11:00, 13:00, 15:00, and 18:00 h) durante un período de 22 días. Los resultados mostraron diferencias significativas entre los tratamientos con taurina suplementada y la dieta sin taurina (0% taurina; P < 0.05). La suplementación con taurina también mostró un aumento en la supervivencia a medida que se incrementaba el nivel de taurina, siendo 2.0% taurina la dieta que mostró mejores porcentajes de supervivencia (41.11 ± 2.55 %). La descripción morfológica del moco intestinal mostró que está constituido por pliegues que forman vellosidades distribuidas a través del intestino a medida que aumenta el nivel de taurina suplementada. Así mismo, la altura del epitelio intestinal también presentó los valores más altos en taurina al 2.0% (17.176 ± 2.99 µm), mientras que los más bajos se observaron en taurina al 0% (16.832 ± 5.06 µm). Los resultados de expresión relativa de los transcritos involucrados en la biosíntesis de taurina mostraron que todos los genes son sobre expresados cuando se agrega taurina, a excepción de los tratamientos 0.5% en cdo, y 1.5% en csad y gad. Este experimento dosis-respuesta, es el primero en evaluar el efecto de la suplementación de taurina en la familia de los Lepisosteidos y contribuye al conocimiento del metabolismo de la taurina en peces ancestrales. Los resultados de la presente investigación de doctorado contribuyen al conocimiento del metabolismo de la taurina en A. tropicus y determinan si el organismo en etapas larvarias y prejuveniles tiene la capacidad de síntesis de novo. Así mismo, el uso de la taurina como suplemento en las dietas de larvas contribuye al uso de un nuevo aditivo, a partir del cual se podrán diseñar nuevas dietas que puedan ser exploradas en etapas juveniles y adultas en el organismo buscando mejorar sus condiciones de cultivo.