El pasado 2 de diciembre, Raúl V. Guillot
Miralles, exalumno de nuestro Máster Universitario de Acuicultura, defendió su
Tesis Doctoral en el Departamento de Ciencia Animal de la UPV. Su trabajo se
titula: Implicación del sistema de
melanocortinas en la regulación de la pigmentación y el crecimiento de los
peces: papel de los antagonistas endógenos, y se ha realizado en el
Instituto de Acuicultura de Torre la Sal (CSIC, Castellón) bajo la dirección de
José Miguel Cerdá Reverter. Luz Pérez ha sido su tutora académica en la UPV.
El tribunal estuvo formado por Conrado
Martínez Cadenas (de la Universitat Jaume I, Castellón), Enric Gisbert Casas (del
IRTA, San Carles de la Ràpita, Tarragona) que actuó como vocal, y yo mismo
(UPV), que actué como Secretario.
Raúl obtuvo un Sobresaliente Cum Laude
por su trabajo. Enhorabuena Doctor Guillot!
Resumen
El
sistema de melanocortinas es un complejo sistema hormonal implicado en la regulación
de diversas funciones fisiológicas.
Todas
las melanocortinas derivan de un mismo precursor peptídico denominado
proopiomelanocortina (POMC), en el que están integradas las diferentes hormonas
estimuladoras de los melanocitos (MSHs), la hormona adrenocorticotropa (ACTH),
y el péptido opioide β-endorfina. Las melanocortinas señalizan a través de 5 receptores
(MC1R-MC5R), con diferentes grados de especificidad hormona-receptor, lo que
supone un buen ejemplo de su coevolución. El sistema de melanocortinas es el único
sistema hormonal que presenta antagonistas endógenos: la proteína de señalización
agouti (ASIP) y la proteína relacionada con agouti (AGRP).
En
mamíferos, ASIP actúa como un antagonista de MC1R. La modificación de la
señalización del MC1R desequilibra la síntesis de pigmentos en el folículo
piloso, potenciando la síntesis de feomelanina (pigmento amarillo-naranja) en
lugar de eumelanina (pigmento negro-marrón). La expresión tegumentaria de ASIP
es responsable del patrón de pigmentación dorso-ventral polarizado que tienen
muchas especies de mamíferos. Esta polaridad puede observarse incluso cuando la
especie presenta patrones más complejos. AGRP actúa como antagonista de MC4R,
uno de los receptores de sistema nervioso central implicados en el control del
metabolismo energético; a través de la regulación de la saciedad.
Se
ha demostrado que ASIP es capaz de antagonizar la actividad del MC4R, lo que no
ocurre en condiciones normales, ya que ASIP sólo se expresa de forma local en
el tegumento, y nunca alcanza el MC4R cerebral. En la cepa de ratones mutantes “yellow”
[A(vy)/a], la expresión de ASIP queda bajo el control de un promotor de expresión
ubicua que permite su síntesis en todos los tejidos incluyendo el cerebro, accediendo
al MC4R central. El bloqueo/disminución de la actividad constitutiva del MC4R
en esta cepa de ratones, disminuye la sensación de saciedad, aumentando los niveles
de ingesta que conllevan una tasa de crecimiento mayor, pero también el desarrollo
de obesidad. En los peces teleósteos los antagonistas endógenos del sistema de
melanocortinas están duplicados debido a una tercera duplicación genómica (R3)
específica de su rama evolutiva. Los cuatro péptidos antagonistas se identificaron
inicialmente como ASIP1, ASIP2, AGRP1, y AGRP2. El principio de parsimonia
asocia la expresión polarizada de ASIP1 en el tegumento de estos peces con el
desarrollo del patrón de pigmentación dorsoventral que se puede observar en muchas
especies y la expresión hipotalámica de AGRP1 con el control de la ingesta.
El
objetivo de esta tesis doctoral es demostrar la implicación del sistema de melanocortinas
en la regulación de la pigmentación y el balance energético de peces mediante
relaciones causas-efecto de sus antagonistas endógenos.
Para
alcanzar este objetivo, en primer lugar, caractericé los genes ASIP1 en dos
especies de peces planos: el rodaballo (Scophthalmus
maximus) y el lenguado senegalés (Solea
senegalensis). La elección de este grupo de teleósteos se debe a la extrema
polaridad pigmentaria dorsoventral que presentan los peces planos, las numerosas
malformaciones pigmentarias que aparecen en cultivo, y a la carencia de secuencias
génicas caracterizadas de ASIP1 en pleuronectiformes. Los experimentos demostraron
que ASIP1 se expresa masivamente en la región ventral y apenas es detectable en
la región dorsal. Además, los resultados sugieren que la expresión ectópica de
ASIP1 podría ser la responsable del pseudoalbinismo observado en los peces
planos de cultivo.
En
segundo lugar, desarrollamos una nueva línea transgénica de peces cebra (Danio rerio) (tgASIP1) que expresa el
gen ASIP1 de pez dorado (Carassius
auratus) de forma constitutiva. Esta expresión ubicua rompía la polaridad
de la expresión de ASIP1 en el tegumento y, permitía que este antagonista
accediera al MC4R cerebral. El antagonismo competitivo de ASIP sobre MC1R y
MC4R permite estudiar al mismo tiempo la implicación del sistema de
melanocortinas en el control de la pigmentación y de la ingesta/crecimiento.
Los
experimentos llevados a cabo revelaron que la sobreexpresión de ASIP1 produce
una “ventralización” de la piel dorsal mediante inhibición de la diferenciación
de los melanóforos y desvelan la existencia de dos patrones de pigmentación superpuestos
en el pez cebra. Un patrón de pigmentación dorsoventral básico, que se puede
considerar como el ancestral, sobre el que se superpone el patrón bandeado característico
de la especie, más moderno desde el punto de vista evolutivo. Estos dos patrones
de coloración tienen un mecanismo de regulación diferente, como demuestra el
hecho de que ASIP1 sea capaz de desorganizar el patrón dorsoventral sin afectar
el patrón bandeado.
La
expresión ubicua de ASIP también muestra la implicación del sistema de melanocortinas
en la regulación del balance energético y el crecimiento de los peces. Los
experimentos de ingesta llevados a cabo demostraron que los peces tgASIP1 tienen
tasas de ingesta mayores. Los análisis transcriptómicos del cerebro de estos peces
revelaron alteraciones en diversos sistemas neurales capaces de modificar la saciedad.
Los experimentos de ingesta también demostraron que con tasas de ingesta restringidas
los peces tgASIP1 son capaces de crecer hasta un 15% más en longitud, con
incrementos asociados de peso de hasta el 50%, sugiriendo una mejora en la conversión
de alimento.
Finalmente, la
exploración de posibles mecanismos de regulación de la expresión de ASIP, puso
de manifiesto que la administración oral de triyodotironina (T3) produce una
inhibición reversible de la melanogénesis que conlleva una evidente palidez
pigmentaria. Estos resultados sugieren que la presencia demostrada de componentes
tirogénicos en los piensos de cultivo podría inducir problemas pigmentarios en
los peces cultivados.
