Role of fatty acid sensing mechanisms in the regulation of food intake in rainbow trout as teleost fish model : endocrine control and intracellular mechanisms involved

Abstract

Feed is the major cost of aquaculture, and further increases in situations in which the fish eat less due to stress produced by aquaculture practices. The fact that a fish eat or not eat depends on the integratory role of a number of both central and peripheral mechanisms of various types (metabolism, circadian, nervous and endocrine), whose operation is in turn a reflection of different processes involved in aquaculture interactions which only partly have been elucidated to date. A metabolic level, research in recent years in the research group with a model of teleost fish of interest in aquaculture such as rainbow trout has demonstrated that food intake is modulated in response to changes in circulating glucose levels and certain fatty acids, which are detected by sensing mechanism located at central and peripheral level. Regarding sensing mechanisms of fatty acids, we have obtained evidence for the presence in hypothalamus, liver and endocrine pancreas of three fatty acid sensing mechanisms based on: i) the metabolism of fatty acids, ii) Binding to transporter FAT/CD36 and subsequent modulation of transcription factors and iii) inhibition of the K+ATPchannel. These systems are activated in response to increased levels of long chain (oleate) or medium chain (octanoate) fatty acids by triggering changes in the production of hypothalamic orexigenic and anorexigenic factors. Changes in these factors result in inhibition of the food intake, which was more importantly after octanoate action, in contrast to mammals in which medium-chain fatty acids are not involved in the metabolic control of food intake. There is no information about metabolic integration of sensor systems in fish in response to changes in the levels of more than one nutrient. We do not knownthe possible existence of common intracellular signaling pathways involving AMPK and sirtuins and different intracellular messengers involved in the transmission of the sensor information. Therefore, the objectives of this project will deepen the characterization and function of fatty acid sensing mechanisms in fish and their relation to the control of food intake, specifically: - To determine the potential modulatory effect of insulin, leptin, GLP-1, ghrelin and CCK on the activity of fatty acid sensing systems, neuropeptide production and food intake by IP, ICV and in vitro treatments. Where and the effect is observed, we will evaluate its specificity with receptor antagonists. -To study the role of ceramide as an intermediary between the activation/inhibition of sensor systems and the expression of neuropeptides that regulate food intake. To this end, we will assess inin vivo and in vitro studieschanges in the levels of ceramides in the sensing areas in conditions of activation/inhibition of sensor systems. If a response is observed, we will study in vitro the effect of ceramides on the expression of hypothalamic neuropeptides. -To evaluate the response of the sensor systems of fatty acids against increases in circulating fatty acids when what varies is the carbohydrate content in the diet. -To determine the presence at central and peripheral locations of parameters related to the integration of metabolic information provided by sensor systems as well as intracellular pathways involved in intracellular signaling. We will assess changes in the amount of AMPK and sirtuins in experimental situations that stimulate/inhibit nutrient sensor systems. In those situations where we find a possible relationship, we will see if AMPK inhibition alters responsiveness. Finally, we will also determine the intracellular signaling pathways involved characterizing the presence and response of S6K1, Akt, and TORC1.

La alimentación es el coste principal de la acuicultura que además se incrementa en aquellas situaciones en las que los peces comen menos debido al estrés producido por las prácticas acuícolas. El hecho de que un pez coma o no coma depende del papel integrador de una serie de mecanismos tanto centrales como perifericos de diversa naturaleza (metabólica, circadiana, nerviosa y endocrina), cuyo funcionamiento es a su vez reflejo de distintos procesos inherentes a la acuicultura cuyas interacciones solo han sido elucidadas en parte hasta la fecha.A nivel metabólico, la investigación realizada en los últimos años en el grupo de investigación en un modelo de pez teleósteo de interés en acuicultura como la trucha arco iris ha permitido demostrar que la ingesta se modula en respuesta a los cambios en los niveles circulantes de glucosa y ciertos ácidos grasos que son detectados por mecanismos sensores situados a nivel central y periférico. En relación a los mecanismos sensores de ácidos grasos hemos obtenido evidencias sobre la presencia en hipotálamo, hígado y páncreas endocrino de tres mecanismos sensores de ácidos grasos basados en: i) el metabolismo de ácidos grasos, ii) la unión al transportador FAT/CD36 y posterior modulación de factores de transcripción y iii) la inhibición del canal K+ATP. Estos sistemas se activan en respuesta a incrementos en los niveles de ácidos grasos de cadena larga (oleato) o media (octanoato) desencadenando cambios en la producción hipotalámica de factores orexigénicos y anorexigénicos que resultan en una inhibición de la ingesta que es más importante tras la acción del octanoato, en contraste con los mamíferos en los que los ácidos grasos de cadena media no participan en el control metabólico de la ingesta. Desconocemos la respuesta integrada de los sistemas sensores metabólicos en peces frente a cambios en los niveles de más de un nutriente o la posible existencia de vias de señalización celular comunes, como podría ser el caso de AMPK o sirtuínas, así como las vías de mensajeros intracelulares implicadas en la transmisión de la información sensora. Por elllo, los objetivos del presente proyecto serán profundizar en la caracterización y funcionalidad de los mecanismos sensores de ácidos grasos en peces y su relación con el control de la ingesta, especificamente: -Determinar el posible el efecto modulador de insulina, leptina, GLP-1, ghrelina y CCK sobre los sistemas sensores de ácidos grasos, la producción de neuropéptidos y la ingesta mediante tratamientos IP, ICV e in vitro. Allí donde se observe un efecto evaluaremos su especificidad con antagonistas de receptores. -Estudiar el papel de las ceramidas como intermediarias entre la activación/inhibición de los sistemas sensores y la expresión de neuropéptidos que regulan la ingesta. Para ello, en estudios in vivo e in vitro evaluaremos cambios en los niveles de ceramidas en las areas sensoras en condiciones de activación/inhibición de los sistemas sensores. Si se observa una respuesta estudiaremos el efecto in vitro de las ceramidas sobre la expresión de neuropéptidos hipotalámicos. -Evaluar la respuesta de los sistemas sensores de ácidos grasos frente a incrementos en los ácidos grasos circulantes cuando lo que se varía es el contenido de carbohidratos en la dieta. -Determinar la presencia, a nivel central e periférico, de parámetros relacionados con la integración de información metabólica proporcionada por los sistemas sensores de ácidos grasos así como las vías de sinalización intracelular implicadas. Para elloevaluaremos los cambios en la cantidad de AMPK y sirtuínas en situaciones experimentales que estimulen/inhiban los sistemas sensores de nutrientes. En aquellas situaciones en las que encontremos una posible relación veremos si la inhibición de AMPK altera la respuesta. Asimismo determinaremoslas vías de señalización intracelular implicadas caracterizando lapresencia y respuesta de S6K1, Akt, y TORC1.

A alimentación é o custo principal da acuicultura que ademáis se incrementa naquelas situacións nas que os peixes comen menos debido ao estrés producido polas prácticas acuícolas. O feito de que un peixe coma ou non coma depende do papel integrador dunha serie de mecanismos tanto centrais como periféricos de diversa natureza (metabólica, circadiana, nerviosa e endocrina), cuxo funcionamento é á súa vez reflexo de distintos procesos inherentes á acuicultura cuxas interaccións só foron elucidadas en parte ata a data. A nivel metabólico, a investigación realizada nos últimos anos no grupo de investigación nun modelo de peixe teleósteo de interese en acuicultura como a troita arco da vella permitiu demostrar que a inxesta se modula en resposta aos cambios nos niveis circulantes de glucosa e certos ácidos grasos que son detectados por mecanismos sensores situados a nivel central e periférico. En relación aos mecanismos sensores de ácidos grasos obtivemos evidencias sobre a presenza en hipotálamo, fígado e páncreas endocrino de tres mecanismos sensores de ácidos grasos baseados en: i) o metabolismo de ácidos grasos, ii) a unión ao transportador FAT/CD36 e posterior modulación de factores de transcrición e iii) a inhibición da canle K+ATP. Estes sistemas actívanse en resposta a incrementos nos niveis de ácidos grasos de cadea longa (oleato) ou media (octanoato) desencadeando cambios na produción hipotalámica de factores orexixénicos e anorexixénicos que resultan nunha inhibición da ingesta que é máis importante trala acción do octanoato, en contraste cos mamíferos nos que os ácidos grasos de cadea media non participan no control metabólico da inxesta. Descoñecemos a resposta integrada dos sistemas sensores metabólicos en peixes fronte a cambios nos niveis de máis dun nutrinte ou a posible existencia de vias de sinalización celular comúns, como podería ser o caso de AMPK ousirtuínas, así como as vías de mensaxeiros intracelulares implicadas na transmisión da información sensora. Por ello, os obxectivos do presente proxecto serán profundizar na caracterización e funcionalidade dos mecanismos sensores de ácidos grasos en peces e a súa relación co control da inxesta, específicamente: - Determinar o posible o efecto modulador de insulina, leptina, GLP-1, ghrelina e CCK sobre os sistemas sensores de ácidos grasos, a produción de neuropéptidos e a inxesta mediante tratamentos IP, ICV e in vitro. Alíonde se observe un efecto evaluaremos a súa especificidade con antagonistas de receptores. -Estudar o papel das ceramidas como intermediarias entre a activación/inhibición dos sistemas sensores e a expresión de neuropéptidos que regulan a inxesta. Para iso, en estudos in vivo e in vitro evaluaremos cambios nos niveis de ceramidas nas areas sensoras en condicións de activación/inhibición dos sistemas sensores. Si se observase unha resposta estudaremos o efecto in vitro das ceramidas sobre a expresión de neuropéptidos hipotalámicos. -Evaluar a resposta dos sistemas sensores de ácidos grasos fronte a incrementos nos ácidos grasos circulantes cando o que se varía é o contido de carbohidratos na dieta. -Determinar a presenza, a nivel central e periférico, de parámetros relacionados coa integración de información metabólica proporcionada polos sistemas sensores de ácidos grasos así como as vías de sinalización intracelular implicadas. Para iso evaluaremos os cambios na cantidade de AMPK e sirtuínas en situacións experimentais que estimulen/inhiban os sistemas sensores de nutrintes. Naquelas situacións nas que atopemos unha posible relación veremos si a inhibición de AMPK altera a resposta. Así mesmo determinaremos as vías de sinalización intracelular implicadas caracterizando a presenza e resposta de S6K1, Akt, e TORC1.