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Alanina aminotransferasa en Sparus aurata: control de la expresión génica mediante RNAi y de la actividad enzimática por aminooxiacetato

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Universitat de Barcelona. Departament de Bioquímica i Biologia Molecular (Farmàcia)

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[spa] Los peces carnívoros presentan baja capacidad para utilizar carbohidratos provenientes de la dieta y controlar los niveles de glucosa en sangre. En comparación con los mamíferos, estos animales tras la ingesta de glucosa o de dietas con alto contenido en carbohidratos, muestran una hiperglucemia mas prolongada. La alanina aminotransferasa (ALT) constituye un nexo de interacción entre el metabolismo de aminoácidos y el de  carbohidratos al catalizar la reacción de la transaminación reversible entre L-alanina y 2-oxoglutarato para formar piruvato y L-glutamato. Estudios previos de nuestro grupo indicaron la presencia de tres isoformas ALT en dorada (Sparus aurata): las isoenzimas citosólicas cALT1 y cALT2 y una isoforma mitocondrial, mALT. En hígado de dorada, la expresión de cALT2 incrementa en situación de gluconeogénesis mientras que cALT1 predomina durante el período postprandial para la utilización de los nutrientes de la dieta. El objetivo general del presente estudio es comprender a nivel molecular los efectos metabólicos derivados de la inhibición de ALT en peces para ayudar a establecer nuevas aplicaciones biotecnológicas orientadas a mejorar la utilización de los nutrientes de la dieta. Así, en acuicultura, identificar los efectos metabólicos asociados a la modulación de la actividad ALT constituye un punto de interés para conocer si es posible efectuar una sustitución parcial de las proteínas de la dieta por carbohidratos u otros nutrientes, a fin de reducir el coste de la producción en acuicultura y disminuir la eutrofización de las aguas del entorno. 
Nuestros estudios muestran que la inyección intraperitoneal de doradas con nanopartículas del complejo pCpG-siRNA-quitosán resultó adecuada para promover la expresión de un siRNA para bloquear la expresión de cALT1 en hígado de Sparus aurata. La inyección intraperitoneal de nanopartículas de pCpGsi1sh1-quitosán promovió la silenciación de cALT1 a nivel de mRNA y actividad enzimática en hígado de dorada.
Por otra parte, hemos analizado la inhibición postranscripcional de la actividad ALT in vivo e in vitro con el compuesto aminooxiacetato (AOA) y analizado los cambios promovidos en metabolitos y enzimas clave en el metabolismo intermediario de carbohidratos y proteínas en hígado de Sparus aurata, tras la ingesta del AOA con dietas de diferente composición. In vitro, el AOA ejerce una inhibición dependiente de dosis sobre la actividad ALT hepática citosólica y mitocondrial. In vivo, el AOA se comportó como inhibidor de la actividad ALT citosólica hepática, pero no de la mitocondrial. Una exposición a largo plazo a AOA promovió un aumento de la actividad piruvato quinasa en el hígado de dorada, independientemente de la composición de la dieta suministrada a los peces. Los estudios de 1H-RMN mostraron que la inclusión de AOA en la dieta promueve una disminución en los niveles hepáticos de alanina, glutamato y glucógeno. Adicionalmente, los análisis de 2H-RMN indicaron una tasa de renovación más alta de alanina en el hígado de los peces alimentados con una dieta con un contenido alto en carbohidratos y bajo en proteínas y que el AOA disminuye el enriquecimiento de alanina en 2H independientemente de la composición de la dieta. Los estudios derivados de esta tesis indican que la inhibición dependiente de AOA de la actividad de la ALT citosólica podría contribuir a aumentar el uso de nutrientes por carbohidratos de la dieta de Sparus aurata.

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[eng]  	 Carnivorous fish have low ability to utilize dietary carbohydrates and controlling blood glucose levels. Compared with mammals, these animals after ingestion of glucose or diets high in carbohydrates show a more prolonged hyperglycemia. Alanine aminotransferase (ALT) links carbohydrate and amino acid metabolism through catalysing the reversible transamination between L-alanine and 2-oxoglutarate to form pyruvate and L-glutamate. Previous studies from our group indicated the presence of three isoforms ALT bream (Sparus aurata): cALT1 cytosolic isoenzymes and cALT2 and a mitochondrial isoform, mALT. In the liver os Sparus aurata cALT2 expression increases gluconeogenesis situation prevails while cALT1 during the postprandial period for the utilization of dietary nutrients. The overall objective of this study is to understand at a molecular level the resulting metabolic effects from the inhibition of ALT in fish to help establish new biotechnological applications aimed to improve the use of dietary nutrients. Thus in aquaculture, identifying metabolic effects associated with ALT activity modulation is a point of interest to know if it is possible to perform a partial replacement of dietary proteins by carbohydrate or other nutrients, to reduce the cost of Aquaculture production and reduce eutrophication of the environment.
Our studies show that intraperitoneal injection of a chitosan-pCpG-siRNA nanoparticles complex to Gilthead seabream proved to be suitable for the expression of a siRNA to silence the expression of liver cALT1 in Sparus aurata. Intraperitoneal injection of pCpGsi1sh1-chitosan nanoparticles complex promoted cALT1 silencing at the mRNA level and a decrease of liver enzyme activity of Gilthead seabream.
In the present study amino-oxyacetate (AOA) was used to evaluate its effect on liver ALT activity of the carnivorous fish Sparus aurata. Moreover, the derived metabolic effects on metabolites and other key enzymes of glycolysis, gluconeogenesis and the pentose phosphate pathway were also studied. A dose-effect-dependent inhibition of AOA on hepatic cytosolic and mitochondrial ALT activity was observed in vitro. In vivo, AOA behaved as an inhibitor of hepatic cytosolic ALT activity. A long-term exposure to AOA increased pyruvate kinase activity in the liver irrespective of the composition of the diet supplied to fish. 1H NMR studies showed that inclusion of AOA to the diet decreased the hepatic levels of alanine, glutamate and glycogen. Moreover, 2H NMR analysis indicated a higher renewal rate for alanine in the liver of fish fed with a high-carbohydrate/low-protein diet, while AOA decreased alanine 2H-enrichment irrespective of the diet. The present study indicates that AOA-dependent inhibition of the cytosolic ALT activity could help to increase the use of dietary carbohydrate nutrients by the Sparus aurata fish.

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Tesis Doctorals - Departament - Bioquímica i Biologia Molecular (Farmàcia)

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Alanina aminotransferasa en Sparus aurata: control de la expresión génica mediante RNAi y de la actividad enzimática por aminooxiacetato