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Effect of polyunsaturated fatty acids (PUFAs) on the proliferation and extracellular matrix mineralization and gene expression of gilthead seabream skeletal cell lines
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Authors
Advisor(s)
Abstract(s)
The aquaculture industry aims at replacing significant amounts of marine fish oil by
vegetable oils in fish diet. Dietary lipids have been shown to alter the fatty acid
composition of bone compartments, which would impact the local production of factors
controlling bone formation. Knowledge on the mechanisms underlying the nutritional
regulation of bone metabolism is however scarce in fish. Two in vitro bone-derived cell
systems developed from seabream (an important species for aquaculture in the
Mediterranean region) vertebra, capable of in vitro mineralization and exhibiting prechondrocyte
(VSa13) and pre-osteoblast (VSa16) phenotype, were used to assess the
effect of certain polyunsaturated fatty acids (PUFAs; arachidonic (AA),
eicosapentaenoic (EPA) and docosahexaenoic (DHA) acids) on cell proliferation,
extracellular matrix (ECM) mineralization and gene expression. While all PUFAs
promoted morphological changes in both cell lines, VSa16 cell proliferation appeared to
be stimulated by PUFAs in a dose dependent manner until 100M, whereas
proliferation of VSa13 cells was impaired at concentrations above 10M. AA, EPA and
DHA inhibited VSa13 ECM mineralization, alone and in combination, while VSa16
ECM mineralization was only inhibited by AA and EPA. DHA had the opposite effect,
increasing mineralization almost by 2 fold. When EFAs were combined, DHA
apparently compensated for the inhibitory effect of AA and EPA. Expression of marker
genes for bone and lipid metabolisms has been investigated by qPCR and shown to be
regulated in pre-osteoblasts exposed to individual PUFAs. Our results show that PUFAs
are effectors of fish bone cell lines, altering cell morphology, proliferation and
mineralization when added to culture medium. This work also demonstrates the
suitability of our in vitro cell systems to get insights into mineralization-related effects
of PUFAs in vivo and to evaluate the replacement of fish oils by vegetable oil sources in
fish feeds.
Um dos objetivos da indústria de aquacultura é a substituição, na dieta dos peixes, de óleos de peixe por óleos vegetais. Sendo que os lípidos, presentes na dieta, alteram a composição de ácidos gordos nos compartimentos de osso, este facto afectaria a produção local de factores que controlam a formação óssea. O conhecimento de mecanismos subjacentes à regulação nutricional do metabolismo ósseo é, no entanto, escasso em peixes. Neste estudo, foram utilizadas duas linhas celulares, derivadas de vértebra da dourada, com capacidade de mineralização in vitro, quando submetidas a determinadas condições. Estas exibem um fenótipo de pré-condrócitos (VSa13) e préosteoblástos (VSa16) e foram utilizadas para avaliar o efeito de ácidos gordos polinsaturados, selecionados (PUFAs; araquidónico (AA), eicosapentaenóico (EPA) e docosahexaenóico (DHA)) sobre a proliferação celular, mineralização da matriz extra celular (ECM) e expressão genética. Embora se tenham observado alterações morfológicas em ambas as linhas celulares, devido ao tratamento com PUFAs, houve, também, a estimulação da proliferação nas células VSa16, dependendo da dose utilizada e até uma concentração de 100M. Por outro lado, a proliferação das células VSa13 é inibida em concentrações acima de 10M. Os tratamentos com AA, EPA e DHA mostraram uma inibição da mineralização nas células VSa13, isoladamente e em combinação. No caso das células VSa16 a mineralização foi afectada, negativamente pelo uso de AA e EPA e, positivamente pelos tratamentos com DHA. Aquando da combinação dos PUFAs, o DHA aparentemente compensou o efeito inibitório dos AA e EPA. A expressão de genes envolvidos no metabolismo do osso e de lípidos foi investigada por qPCR e mostra a existência de regulação em pré-osteoblastos, expostos a PUFAs individuais. Os nossos resultados mostram que os PUFAs alteram a morfologia celular, proliferação e mineralização em linhas de células de peixes derivadas de osso. Este trabalho demonstra, também, a aptidão dos nossos sistemas celulares in vitro na obtenção de conhecimento relacionado com o efeito que a utilização de PUFAs tem na mineralização in vivo, bem como permite avaliar os efeitos da substituição de óleos de peixe por fontes de óleos vegetais na alimentação de peixes.
Um dos objetivos da indústria de aquacultura é a substituição, na dieta dos peixes, de óleos de peixe por óleos vegetais. Sendo que os lípidos, presentes na dieta, alteram a composição de ácidos gordos nos compartimentos de osso, este facto afectaria a produção local de factores que controlam a formação óssea. O conhecimento de mecanismos subjacentes à regulação nutricional do metabolismo ósseo é, no entanto, escasso em peixes. Neste estudo, foram utilizadas duas linhas celulares, derivadas de vértebra da dourada, com capacidade de mineralização in vitro, quando submetidas a determinadas condições. Estas exibem um fenótipo de pré-condrócitos (VSa13) e préosteoblástos (VSa16) e foram utilizadas para avaliar o efeito de ácidos gordos polinsaturados, selecionados (PUFAs; araquidónico (AA), eicosapentaenóico (EPA) e docosahexaenóico (DHA)) sobre a proliferação celular, mineralização da matriz extra celular (ECM) e expressão genética. Embora se tenham observado alterações morfológicas em ambas as linhas celulares, devido ao tratamento com PUFAs, houve, também, a estimulação da proliferação nas células VSa16, dependendo da dose utilizada e até uma concentração de 100M. Por outro lado, a proliferação das células VSa13 é inibida em concentrações acima de 10M. Os tratamentos com AA, EPA e DHA mostraram uma inibição da mineralização nas células VSa13, isoladamente e em combinação. No caso das células VSa16 a mineralização foi afectada, negativamente pelo uso de AA e EPA e, positivamente pelos tratamentos com DHA. Aquando da combinação dos PUFAs, o DHA aparentemente compensou o efeito inibitório dos AA e EPA. A expressão de genes envolvidos no metabolismo do osso e de lípidos foi investigada por qPCR e mostra a existência de regulação em pré-osteoblastos, expostos a PUFAs individuais. Os nossos resultados mostram que os PUFAs alteram a morfologia celular, proliferação e mineralização em linhas de células de peixes derivadas de osso. Este trabalho demonstra, também, a aptidão dos nossos sistemas celulares in vitro na obtenção de conhecimento relacionado com o efeito que a utilização de PUFAs tem na mineralização in vivo, bem como permite avaliar os efeitos da substituição de óleos de peixe por fontes de óleos vegetais na alimentação de peixes.
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Keywords
Microbiologia Aquacultura Ácidos gordos Células Ossos