Tese de Doutorado

O Arapaima gigas, conhecido como pirarucu, é um dos maiores peixes de água doce, com grande valor econômico e ecológico. No entanto, enfrenta riscos de extinção devido à sobrepesca e disfunções reprodutivas em cativeiro. O hormônio de crescimento (GH) desempenha papéis cruciais no crescimento, metabolismo e reprodução em vertebrados. Em peixes, o GH também influencia processos fisiológicos, como a osmorregulação e o sistema imunológico. A produção recombinante do GH em sistemas heterólogos representa uma abordagem promissora para superar desafios na aquicultura do pirarucu, promovendo avanços em estratégias de conservação e manejo sustentável. Os objetivos deste estudo incluíram clonar e expressar o cDNA do GH de A. gigas, caracterizar suas propriedades físico-químicas e confirmar sua atividade biológica. Além disso, buscou-se realizar uma análise filogenética comparativa com outras espécies, a fim de entender as relações evolutivas do GH no contexto dos Osteoglossiformes e de ordens relacionadas. Foi obtida uma sequência completa do cDNA de ag-GH com 627 nucleotídeos, que codifica um polipeptídeo de 208 aminoácidos. A produção em células HEK293 foi bem-sucedida, apresentando um rendimento total de 18,7 mg/L. Análises por HPSEC e MALDI-TOF-MS confirmaram a integridade e pureza da proteína recombinante. A análise filogenética revelou alta similaridade do GH de A. gigas com Scleropages formosus, reforçando a proximidade filogenética entre as espécies da ordem Osteoglossiformes. Um bioensaio in vivo, para determinar o aumento do peso corporal de camundongos anões, demonstrou uma atividade biológica para ag-GH cuja potência foi 80% daquela apresentada pela Preparação de Referência Internacional de rec-hGH (AFP8990A) do National Hormone and Pituitary Program (NHPP, Torrance, CA, EUA). Como as duas espécies (Homo sapiens e Arapaima gigas) são separadas por um período evolutivo de >100 milhões de anos, consideramos extremamente interessante tal correlação biológica positiva. Esses resultados sugerem que o GH de A. gigas possui características conservadas, essenciais para a compreensão da biologia reprodutiva e do crescimento da espécie. Conclui-se portanto que a clonagem, expressão e caracterização do GH de A. gigas foram realizadas com sucesso, fornecendo dados inéditos sobre a sequência e propriedades físico-químicas dessa proteína. A análise filogenética contribuiu para o entendimento das relações evolutivas do GH entre diferentes ordens de peixes. Os resultados obtidos oferecem perspectivas promissoras para o desenvolvimento de estratégias de reprodução em cativeiro e manejo sustentável do pirarucu, representando um avanço significativo no conhecimento da fisiologia dessa espécie de relevância ecológica e econômica.

Arapaima gigas, known as pirarucu, is one of the largest freshwater fish, with great economic and ecological value. However, it faces extinction risks due to overfishing and reproductive difficulties in captivity. Growth hormone (GH) plays crucial roles in growth, metabolism, and reproduction in vertebrates. In fish, GH also influences physiological processes such as osmoregulation and the immune system. Recombinant production of GH in heterologous systems represents a promising approach to overcome challenges in pirarucu aquaculture, promoting advances in conservation and sustainable management strategies. The objectives of this study included cloning and expressing the GH cDNA from A. gigas, characterizing its physicochemical properties, and confirming its biological activity. In addition, we sought to perform a comparative phylogenetic analysis with other species in order to understand the evolutionary relationships of GH in the context of Osteoglossiformes and related orders. A complete cDNA sequence of ag-GH with 627 nucleotides, encoding a polypeptide of 208 amino acids, was obtained. Production in HEK293 cells was successful, with a total yield of 18.7 mg/L. HPSEC and MALDI-TOF-MS analyses confirmed the integrity and purity of the recombinant protein. Phylogenetic analysis revealed high similarity of GH from A. gigas to Scleropages formosus, reinforcing the phylogenetic proximity between the species of the order Osteoglossiformes. An in vivo bioassay to determine the increase in body weight of dwarf mice demonstrated a biological activity for ag-GH whose potency was 80% of that presented by the International Reference Preparation of rec-hGH (AFP8990A) of the National Hormone and Pituitary Program (NHPP, Torrance, CA, USA). Since the two species (Homo sapiens and Arapaima gigas) are separated by an evolutionary period of >100 million years, we consider this positive biological correlation to be extremely interesting. These results suggest that the GH of A. gigas has conserved characteristics, essential for understanding the reproductive biology and growth of the species. We therefore conclude that the cloning, expression and characterization of the GH of A. gigas were successfully performed, providing unprecedented data on the sequence and physicochemical properties of this protein. The phylogenetic analysis contributed to the understanding of the evolutionary relationships of GH among different orders of fish. The results obtained offer promising perspectives for the development of captive breeding strategies and sustainable management of pirarucu, representing a significant advance in the knowledge of the physiology of this species of ecological and economic relevance.