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Master's Dissertation
DOI
10.11606/D.41.2016.tde-07122016-093720
Document
Author
Full name
Marcos Rodrigo Jeronimo da Costa
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2016
Supervisor
Committee
Castrucci, Ana Maria de Lauro (President)
Amaral, Fernanda Gaspar do
Cipolla Neto, Jose
Fernandes, Pedro Augusto Carlos Magno
Title in Portuguese
Efeito do estresse térmico no relógio biológico de Danio rerio: um elo entre temperatura , luz, canais termoTRPs e genes de relógio
Keywords in Portuguese
Células ZEM-2S
Danio rerio
Genes de relógio
HSP90
Proteínas de choque térmico
Temperatura
TermoTRPs
Abstract in Portuguese
A adaptação temporal é fundamental para a sobrevivência de espécies que precisam coordenar sua fisiologia e comportamentos ajustando-se a sinais externos. Ritmos biológicos não são simplesmente uma resposta às mudanças de 24 horas no ambiente físico impostas pela rotação da Terra sobre o seu próprio eixo, ao contrário, surgem a partir de um sistema de cronometragem endógeno. No teleósteo Danio rerio, ainda não foi identificada a presença de uma região que atue como relógio central; alguns estudos têm evidenciado a existência de células e tecidos que contêm relógios circadianos autônomos, fotossensíveis, comprovando um outro tipo de regulação dos ritmos circadianos onde a percepção do ambiente e o ajuste do período circadiano são efetivados diretamente em nível celular. As consequências deletérias do aumento da temperatura são impedidas, em certa medida, por uma resposta adaptativa que assegura a sobrevivência celular na presença de calor. Esta via de sobrevivência ativada por calor, conhecida como resposta ao choque térmico, é composta por uma cascata de eventos que conduzem à indução de proteínas de choque térmico (HSPs) que minimizam a lesão celular aguda. Acredita-se que os sistemas de percepção dos ciclos diários de temperatura e luminosidade sofreram as mesmas pressões seletivas em sua co-evolução, resultando em sua associação. As bases da sensação térmica estão em um grupo de canais altamente conservados, presente em todos os metazoários estudados até o momento e envolvidos em uma série de modalidades sensoriais, os canais de potencial receptor transiente (TRP); os que respondem a estímulos térmicos foram agrupados em uma subfamília e denominados termoTRPs. O objetivo deste trabalho foi investigar a influência do pulso de temperatura (33 ºC) na expressão de genes de relógio e de proteínas de choque térmico, bem como o papel do canal TRPV1, em células embrionárias de blástula de Danio rerio, denominadas ZEM-2S, submetidas a escuro constante (DD) ou ciclos claro-escuro (LD 12:12). Através de PCR em tempo real (quantitativo) demonstrou-se que as células ZEM-2S expressam os genes dos seguintes canais TRP: trpA1a, trpA1b, trpV1/2, trpV4, trpC6, trpM2, trpM4a, trpM4b/c e trpM5. Após um pulso de temperatura, observou-se um aumento no transcrito de hsp90 aa1 em células mantidas tanto em DD como em LD, sendo a expressão de hsp90 aa1 em LD, no ponto uma hora, duas vezes menor quando comparada a sua expressão no mesmo ponto temporal em DD. O pulso de temperatura não promoveu efeito em nenhum dos genes do relógio estudados (bmal1a, bmal1, bmal2, cry1a, cry1b, per1, per2) quando as células foram mantidas em DD. Porém, o transcrito de per2 aumentou em resposta ao pulso de temperatura quando as células foram sincronizadas pelos ciclos claro-escuro. A inibição do canal TRPV1 não alterou o efeito induzido pelo pulso de temperatura na expressão do gene hsp90 aa1 em células ZEM-2S mantidas em DD. Por outro lado, nossos dados permitem afirmar que o mesmo participa parcialmente na indução do aumento da expressão do gene per2 pelo estímulo térmico em células mantidas em LD, tendo em vista um decaimento significativo na resposta deste gene. Os dados obtidos neste trabalho abrem uma nova perspectiva sobre a investigação da relação temperatura e genes de relógio, colocando um novo “ator” na regulação deste fenômeno: o canal TRPV1
Title in English
Thermal stress effects on Danio rerio biological clock: a link between temperature, light, thermo-TRP channels and clock genes
Keywords in English
Clock genes
Danio rerio
Heat shock proteins
HSP90
Temperature
Thermo-TRPs
ZEM-2S cells
Abstract in English
Temporal adaptation is essential for the survival of species which need to coordinately adjust their physiology and behavior to external signals. Biological rhythms are not just a response to the 24 hour changes in the physical environment imposed by the rotation of the Earth around its own axis, but they arise from an endogenous timing system. In the teleost Danio rerio, there has not been identified so far a region in the nervous system that could act as a central clock; some studies have reported the existence of cells and tissues which contain photosensitive, autonomous circadian clocks, demonstrating the existence of another type of circadian rhythm regulation in which environment perception and entrainment of the circadian period are directly effected at cell level. The deleterious consequences of temperature increase are prevented by an adaptive response which assures cell survival in the presence of heat. This survival pathway activated by heat, known as response to temperature shock, is signaled by a cascade of events leading to the induction of thermal shock proteins (HSPs) which attenuate the acute cell lesion. It is believed that the systems perceiving temperature and light daily cycles were subject to the same selective pressures during their co-evolution, resulting in their association. The base of thermal sensation is a family of highly conserved channels, present in all metazoans studied to date, and involved in a variety of sensorial modalities, the transient receptor potential channels (TRP); those responding to thermal stimuli were grouped in a sub-family named thermo-TRPs. The aim of this work was to investigate the influence of a temperature pulse (33 ºC) on the expression of clock and heat shock protein genes, as well as the role of TRPV1 channel, in blastula embryonic cells of Danio rerio, named ZEM-2S, subject to constant dark (DD) or light-dark cycles (LD). Using quantitative PCR, we demonstrated that ZEM-2S cells express genes for the following TRP channels: trpA1a, trpA1b, trpV1/2, trpV4, trpC6, trpM2, trpM4a, trpM4b/c and trpM5. After the pulse of temperature, we observed an increase of hsp90 aa1 transcripts in DD as well as in LD; hsp90 aa1 expression 1 hour after the stimulus was two-fold lower in LD than in DD. Temperature pulse did not affect the expression of any of the studied clock genes (bmal1a, bmal1, bmal2, cry1a, cry1b, per1, per2), when the cells were kept in DD. However, per2 transcript increased in response to the temperature pulse when the cells were synchronized by light-dark cycles. Inhibition of TRPV1 channel did not change the effect induced by the temperature pulse on hsp90 aa1 in ZEM-2S cells kept in DD. On the other hand, our data suggest that this channel participates, at least partially, in the temperature-induced increase of per2 in cells maintained in LD, as indicated by the significant decay observed in the gene response in the presence of the inhibitor. Our results open new investigative perspective about the relationship between temperature and clock genes, placing a new “actor” in the regulation of the phenomenon: the TRPV1 channel
 
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Publishing Date
2016-12-20
 
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