Comparative immunoendocrine responses to stressors in rainbow trout (Oncorhynchus mykiss ) and gilthead sea bream (Sparus aurata )

Ali Reza Khansari

Resumen


Todos los animales pueden estar expuestos a factores estresantes a lo largo de su vida. Los peces en condiciones de acuicultura habitan en un medio potencialmente estresante que puede imponer desafíos adicionales. En los peces, la respuesta al estrés y sus consecuencias sobre el sistema inmune han sido ampliamente descritas, implicando la activación de los ejes neuroendocrinos Hipotálamo-Hipófisis-Interrenal (HPI) y Cerebro- Simpático-Cromafín (BSC) que promueven la secreción de hormonas del estrés. En los peces el riñón cefálico, equivalente a la médula ósea y la glándula suprarrenal de los mamíferos, tiene un papel clave por su papel endocrino, inmune y energético. Por lo tanto, la respuesta al estrés no solo activará el eje HPI para secretar hormonas sino que también modulará la respuesta inmune del pez, que afecta la expresión de citoquinas y toda la reacción inmune subsiguiente. Hasta hace poco, se suponía que el efecto de las hormonas involucradas en la respuesta fisiológica al estrés (como cortisol, ACTH, adrenalina) era independiente de las especies, pero, hasta donde sabemos, ningún estudio comparó sistemáticamente esta respuesta en condiciones de estrés idénticas y en varias especies al mismo tiempo. Por lo tanto, nuestro objetivo fue revelar la interacción entre el sistema neuroendocrino y el sistema inmune en dos especies diferentes de peces (trucha arco iris y dorada) en respuesta a las hormonas del estrés a través de la evaluación de la expresión génica y la respuesta fisiológica.

Se investigó la modulación de las citoquinas pro (IL-1β, IL-6, TNF-α) y antiinflamatorias (IL-10, TGF-β), por las hormonas del estrés (cortisol, ACTH, adrenalina y sus antagonistas) en cultivo primario de riñón cefálico (HKPCC) de trucha arco iris (Oncorhynchus mykiss ) y dorada (Sparus aurata ). En base a los resultados obtenidos, también se investigó la interacción entre el sistema endocrino y el sistema inmune, particularmente la inmunidad celular en presencia de un estimulador inmunológico (bacterina de Vibrio anguillarum ). Nuestros resultados muestran una regulación diferencial de la expresión de citoquinas en ambas especies, incluso después de aplicar el inmunoestimulante. En general, los hallazgos confirman la estrecha interacción regional entre los mensajeros endocrinos y citoquinas en el riñón cefálico incluso en presencia de bacterina, y también una clara diferencia entre las dos especies de peces tanto en la sensibilidad a la bacteria como a los estímulos hormonales. En conjunto, a diferencia de la visión clásica de la hormona del estrés como un supresor inmune, demostramos efectos distintivos de las hormonas del estrés entre las diferentes especies.

 Por otra parte, la tesis investigó el efecto in vivo de la anoxia y la inmersión en bacterina de V. anguillarum simulando el efecto de una vacunación, tanto en la expresión génica de la trucha arcoiris y dorada como a nivel fisiológico, y en la respuesta tanto sistémica como mucosal. La respuesta de los peces a los factores estresantes mencionados después a 1, 6 y 24 horas después del estrés se evaluó en hígado y bazo de trucha arco iris y dorada. En esta parte particular del trabajo, incluimos el análisis de expresión en el pez cebra como otro organismo modelo en peces.

Es importante destacar que a nivel plasmático el cortisol aumentó a 1 hora después de anoxia y luego disminuyó a 6 h en trucha y pez cebra, pero no en dorada cuyos niveles de cortisol permanecieron altos en comparación con el control, sugiriendo una mayor susceptibilidad al estrés. Además, cuando los peces estuvieron expuestos a anoxia más la bacterina, el nivel de cortisol también se aumentó a 1 y 6 h en trucha y dorada y se restableció el nivel basal a las 24 h, mientras que en el pez cebra la respuesta fue mayor indicando una respuesta más prolongada de eje HPI a la combinación de ambos factores estresantes. Se encontró que el patrón de expresión génica en el hígado y el bazo era diferente entre las especies y dependiente del tiempo. En conjunto, estos resultados indican la cinética de secreción de cortisol es similar en las especies estudiadas pero los tiempos cambian.

Con respecto a la importancia del tejido mucosal (piel, branquias e intestino), que está en íntimo contacto con el entorno inmediato, también evaluamos el efecto de los factores estresantes mencionados sobre las mucosas, ya que se pueden producir alteraciones locales la mucosa cuando se perciben amenazas potenciales por receptores de tejidos específicos ubicados en estas regiones periféricas. Nuestros resultados mostraron un patrón diferencial de expresión génica entre la trucha arcoiris y dorada, lo que confirma que la respuesta a un factor estresante a nivel local es dependiente del tejido y específico de la especie. En este caso, hemos encontrado que la dorada es más susceptible que la trucha arcoiris.

Tomando en consideración este mayor grado de susceptibilidad al estrés en la dorada, se estudió la respuesta de los centros reguladores (hipotálamo e hipófisis) después de la anoxia y la vacunación. Los resultados muestran que el estrés por anoxia estimula principalmente la expresión tanto del CRH hipotalámico como POMCB hipofisario a tiempo corto, mientras que la vacuna estimula la expresión de los péptidos hipotalámicos (CRH y TRH) e hipofisarios (PRL, GH) a tiempos más largos y algunos hipofisarios (POMCa y POMCb) a corto plazo como posible resultado de regulación retrógrada. Por lo tanto, los resultados confirman que en el sistema nervioso central diferentes factores estresantes muestran diferentes habilidades estimuladoras ya que la anoxia se percibe inmediatamente y la vacuna no, lo que podría estar directamente asociado a la dinámica particular de la respuesta central al estrés y a la interacción inmuno-endocrina a nivel cerebral.

En resumen, el presente trabajo respalda la opinión de que diferentes especies muestran un perfil diferencial de respuesta de estrés y su relación con el sistema inmune cuando se someten a varios factores estresantes. Estas diferencias pueden residir en la distinta sensibilidad a los estímulos bacterianos, a los estímulos ambientales y a la consecuente activación hormonal, y también a la dinámica de la respuesta central frente a esos factores estresantes. También concluimos que deberá evaluarse si los peces marinos pueden ser más susceptibles al estrés que los peces de agua dulce o el efecto del tiempo de según los resultados obtenidos en el cortisol y la regulación de la expresión génica.

 

Enlace al documento completo: http://hdl.handle.net/10803/457562


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Referencias


Khansari A. R., Balasch J.C., Reyes-López F. E., Tort L. (2017). Stressing the Inflammatory Network: Immuno-endocrine Responses to Allostatic Load in Fish. J. Marine Sci. Res. Technol. , 1:002.

Khansari A. R., Parra D., Felipe E. Reyes-López F. E., Lluís T. (2017). Cytokine modulation by stress hormones and antagonist specific hormonal inhibition in rainbow trout (Oncorhynchus mykiss ) and gilthead sea bream (Sparus aurata ) head kidney primary cell culture. General and Comparative Endocrinology , 250: 122-135.

Khansari A. R., Parra D., Felipe E. Reyes-López F. E., Lluís T. (2017). Modulatory in vitro effect of stress hormones on the cytokine response of rainbow trout and gilthead sea bream head kidney stimulated with Vibrio anguillarum bacterin. Fish and Shellfish Immunology , 70: 736- 749.

Khansari A. R., Balasch J. C., Vallejos-Vidal E., Parra D., Reyes-López F. E., Tort L. (2018). Comparative Immune- and Stress-Related Transcript Response Induced by Air Exposure and Vibrio anguillarum Bacterin in Rainbow Trout (Oncorhynchus mykiss ) and


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