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Publicação
Oxidative stress of sea slugs under tidal emersion
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Resumo(s)
Os habitats intertidais são ambientes bastante instáveis devido às flutuações cíclicas de marés. Estas zonas são afectadas principalmente pela temperatura, salinidade, variações da radiação ultravioleta, exposição ao ar e acção das ondas. Durante os ciclos de marés, os organismos sofrem dissecação e stress oxidativo, tendo como consequência uma alteração na estrutura das proteínas e perda da função celular. Em condições de stress os organismos produzem espécies reactivas de oxigénio como mecanismo de defesa. Contudo, se esta produção for excessiva pode danificar ou levar à morte celular. Os biomarcadores indicam as respostas a stress físicos ou químicos, quantificam os produtos secundários produzidos ou inibidos pelos organismos durante o período de exposição ao stress.
O stress oxidativo, desequilíbrio entre a produção de espécies reactivas de oxigénio e a respectiva eliminação através de sistemas biológicos que as removam ou reparem os danos causados por elas, leva os organismos a produzirem espécies reactivas de oxigénio, e consequentemente à incapacidade dos organismos para se desintoxicarem das mesmas. As espécies reactivas de oxigénio desempenham um papel fundamental na manutenção da actividade celular, porém a produção excessiva pode provocar danos. Por exemplo, as espécies reactivas de oxigénio ao reagirem com os lípidos das membranas provocam peroxidação lipídica. Certos organismos aquáticos possuíam uma estratégia de defesa, “preparação para o estado de stress oxidativo”, com o intuito de minimizar os efeitos colaterais do stress oxidativo. Contudo, este fenómeno ainda não foi observado em lesmas do mar, nomeadamente em nudibrânquios. Ainda é desconhecido se a reoxigenação causa danos a nível celular nestes organismos. Os nudibrânquios são organismos bastante atractivos pelo seu manto bastante colorido e diversificado, e pela particularidade de possuírem as brânquias na parte exterior do corpo e em volta do ânus. As lesmas do mar realizam migrações de zonas subtidais para zonas intertidais como parte essencial para o ciclo reprodutor, ficando exposto a factores ambientais bastante stressantes para a sua sobrevivência, como a disponibilidade de oxigénio. Estes organismos têm modificações anatómicas e comportamentais alternativas que permite difundir o oxigénio através do corpo, complementam o consumo de oxigénio através de respiração cutânea, possuem um manto bastante irrigado que lhes permite realizam trocas gasosas com o meio ambiente.
O presente estudo teve como objectivo analisar as expressões das proteínas de choque térmico, peroxidação lipídica (indicador de dano celular) e a actividade das enzimas antioxidantes - superóxido dismutase, catalase e glutationa S-transferase) de duas espécies de nudibrânquios, Dendrodoris grandiflora e D. herytra, de modo a compreender se as duas espécies possuem estratégias defensivas preparatórias para o stress oxidativo durante períodos de emersão. No local de amostragem, observou-se que estes organismos preferem substrato irregular, com fendas, sombras, ou fissuras com água retida que lhes oferecem abrigo para os períodos de exposição ao ar. Em laboratório, verificou-se que as proteínas de choque térmico aumentaram significativamente, obtendo um valor máximo de 10.32 ng-1 mg por proteína total aos 60 minutos de emersão. A glutationa S-transferase apresentou uma tendência para aumentar a sua expressão durante a fase de emersão, obtendo valores de 36.46 nmol-1 min-1 mg-1 por proteína total. Contudo, em todas as expressões enzimáticas verificou-se que durante o período de reoxigenação a tendência seria diminuir. Assim, quando um organismo é exposto a ambiente com baixos níveis de oxigénio, os organismos começam a produzir espécies de oxigénio reactivas causando peroxidação lipídica podendo activar o factor de transcrição Nrf2 de modo a desencadear o mecanismo de preparação para o stress oxidativo. E ainda, possuem a capacidade de diminuir o seu metabolismo quando se encontram em ambientes com condições pobres em oxigénio, ou seja, conseguem reduzir o consumo de energia e actividade enzimática durante a privação de oxigénio. Esta estratégia defensiva é reforçada por comportamentos mecânicos, os organismos tentam refugiarem-se em locais menos expostos directamente à radiação solar, de modo a minimizar os impactos biológicos.
The intertidal habitats are mainly affected by temperature, salinity, changes in ultraviolet radiation, air exposure and wave action. During tidal cycles, these organisms undergo desiccation and oxidative stress, causing changes in protein structure and loss of cellular function. Biomarkers indicate physical or chemical stress responses, quantify the side products produced or inhibited by organisms during the stress exposure period. Oxidative stress, the imbalance between the production of oxygen reactive species and their elimination by biological systems that remove or repair the damage caused by them, lead the organisms to produce oxygen reactive species, and thus the inability of the body to detoxify them. Oxygen reactive species play an important role in maintaining the cell activity, but excessive production may cause damage, for example, lipid peroxidation. This Lipid peroxidation may interrupt the functionality of the membrane and deactivate proteins. Some aquatic organisms had a defense strategy, "preparation for the state of oxidative stress", in order to minimize the side effects of oxidative stress. However, this phenomenon has not been observed in sea slugs, in particular nudibranchs. The nudibranchs are very attractive organisms for its very colorful and diverse mantle, and by having the gills outside their body and around the anus. Target species of this study are D.grandiflora and D. herytra, subtidal species that live in rocky and uneven substrates commonly associated with corals and sponges. This study aimed to quantify of heat shock proteins, lipid peroxidation (indicator of cellular damage) and activity of antioxidant enzymes (superoxide dismutase, catalase and glutathione S-transferase) to understand if these two nudibranch species have preparatory defensive strategies to oxidative stress. The samples were retrieved in an oyster bank located in Mitrena, Sado Estuary Natural Reserve. Our data revealed that when an organism is exposed to an environment with low oxygen levels, the organism starts to produce reactive oxygen species causing lipid peroxidation, which can activate the Nrf2 transcription factor to trigger the preparation mechanism to oxidative stress. And also have the ability to decrease their metabolism when they are in environments with poor conditions of oxygen, ie, they can reduce the consumption of energy and enzymatic activity during oxygen deprivation. This defensive strategy is reinforced by mechanical behavior, organisms trying to take refuge in locations less exposed directly to solar radiation so as to minimize the biological impacts.
The intertidal habitats are mainly affected by temperature, salinity, changes in ultraviolet radiation, air exposure and wave action. During tidal cycles, these organisms undergo desiccation and oxidative stress, causing changes in protein structure and loss of cellular function. Biomarkers indicate physical or chemical stress responses, quantify the side products produced or inhibited by organisms during the stress exposure period. Oxidative stress, the imbalance between the production of oxygen reactive species and their elimination by biological systems that remove or repair the damage caused by them, lead the organisms to produce oxygen reactive species, and thus the inability of the body to detoxify them. Oxygen reactive species play an important role in maintaining the cell activity, but excessive production may cause damage, for example, lipid peroxidation. This Lipid peroxidation may interrupt the functionality of the membrane and deactivate proteins. Some aquatic organisms had a defense strategy, "preparation for the state of oxidative stress", in order to minimize the side effects of oxidative stress. However, this phenomenon has not been observed in sea slugs, in particular nudibranchs. The nudibranchs are very attractive organisms for its very colorful and diverse mantle, and by having the gills outside their body and around the anus. Target species of this study are D.grandiflora and D. herytra, subtidal species that live in rocky and uneven substrates commonly associated with corals and sponges. This study aimed to quantify of heat shock proteins, lipid peroxidation (indicator of cellular damage) and activity of antioxidant enzymes (superoxide dismutase, catalase and glutathione S-transferase) to understand if these two nudibranch species have preparatory defensive strategies to oxidative stress. The samples were retrieved in an oyster bank located in Mitrena, Sado Estuary Natural Reserve. Our data revealed that when an organism is exposed to an environment with low oxygen levels, the organism starts to produce reactive oxygen species causing lipid peroxidation, which can activate the Nrf2 transcription factor to trigger the preparation mechanism to oxidative stress. And also have the ability to decrease their metabolism when they are in environments with poor conditions of oxygen, ie, they can reduce the consumption of energy and enzymatic activity during oxygen deprivation. This defensive strategy is reinforced by mechanical behavior, organisms trying to take refuge in locations less exposed directly to solar radiation so as to minimize the biological impacts.
Descrição
Tese de mestrado em Ciências do Mar, apresentada à Universidade de Lisboa, através da Faculdade de Ciências, 2016
Palavras-chave
Enzimas antioxidantes Proteínas de choque térmico Respostas de defesa Dendrodoris grandiflora D. herytra Teses de mestrado - 2016