Respostas proteômicas induzidas por metais em brânquias da Lapa Antártica Nacella Concinna (Gastropoda:Patellidae)

Abstract

Resumo: Resumo: O impacto de metais sobre os organismos vivos pode ser evidenciado em diferentes níveis de organização biológica a partir de moléculas e células, chegando a comunidades e aos ecossistemas. A lapa Nacella conccina e encontradas na região litorânea e zona de infralitoral da Antártida onde na Baia do Almirantado se localiza a Estação Antártica Brasileira Comandante Ferraz (EACF), local deste estudo. Durante os experimentos N. concinna (N=6/metal/concentracao/tempo) foram expostos a duas concentrações de chumbo (0,9 µgL^-1 e 3,0 µgL^-1) e cobre (0,12 µgL^-1 e 0,25 µgL^-1) nos tempos de 12, 24, 48 horas para ambos os metais e 168 horas somente para o chumbo. A temperatura de 0°C e a salinidade de 34% foram mantidas constantes. As brânquias foram congeladas em nitrogênio liquido e analisadas através de técnicas de proteomica. Foram quantificadas as mudanças na abundancia de proteinas a partir de géis gerados por eletroforese 2D. As proteinas foram identificadas por espectrometria de massa tandem. Para as brânquias de N. concinna expostas ao chumbo e ao cobre um grupo semelhante de proteinas alteradas foi observado. Foram identificadas proteínas antioxidantes, incluindo a Mn-superoxido dismutase e a Ferri tina indicando maior produção de especies reativas de oxigênio. As chaperonas envolvidas na maturação de proteínas presentes no reticulo endoplasmático apresentaram alterações possivelmente devido a uma mudança no estado redox deste compartimento celular. A maior abundancia de subunidades do proteassoma (alfa) pode evidenciar maiores taxas de desnaturação de proteínas pelo proteassoma. Os metais também levaram a alterações na anidrase carbonica, provavelmente decorrente de alterações no equilíbrio acida-base das células branquiais. Proteínas metabólicas, como a arginina quinase, a triose fosfato isomerase glicolitica e a enolase, bem como a piruvato desidrogenase, tiveram seu volume alterado, o que pode estar relacionado a uma maior taxa de renovação de ATP. Finalmente, observamos a alteração na abundancia de uma isoforma da Cdc42, uma proteína de sinalização com função de modificar componentes do citoesqueleto. Possíveis efeitos em cascata da alteração da Cdc42 incluem mudanças da miosina e paramiosina. Nós supomos que, a substituição de metais ligados a proteínas pelo chumbo ou cobre causou um aumento de ROS e um desafio acida-base em brânquias, provocando uma inibição de maturação de proteínas no reticulo endoplasmatico, um aumento no tamponamento de ATP por arginina quinase e proteínas glicoliticas, bem como mudanças na abundancia de Cdc42 que afetaram filamentos do citoesqueleto. Estes fatos colaboram na elucidacao das ligações entre o metabolismo, balanço energético e tolerância ao estresse em organismos antárticos, neste caso, a lapa antartica N. concinna. Palavras-chave: Antártica, anidrase carbonica, Cdc42, chaperoninas, metabolismo energético, metal, estresse oxidativo, homeostase proteica.

Abstract: The impact of metals on living organisms may be evidenced at different levels of biological organization from molecules and cells, reaching communities and ecosystems. The limpet Nacella conccina is found in the coastal region and subtidal zone of Antarctic, including the South Shetlands archipelago islands and the King George Island where is the Brazilian Antarctic Station Comandante Ferraz (EACF), local of this study. Samples of N. concinna were collected in Admiralty Bay at Punta Plaza (62 ° 04'14,5 "S, 58 ° 24'11,9" W) and Botany Point (62 ° 06'15 7 "S, 58 ° 21'14,0" W) during 2011 and 2012 austral summer. During the experiments specimens (n = 6 / metal / concentration / time) were exposed to two concentrations of lead (0.9 µgL^-1 and 3.0 µgL^-1) and copper (0.12 µgL^-1 and 0.25 µgL^-1) during 12, 24, 48 hours for both metls and 168 hours for lead. The temperature was 0 ° C and salinity was maintained constant at 34%. The gills were frozen in liquid nitrogen and analyzed by proteomic techniques. Changes in abundance of proteins were quantified in 2D gels generated by electrophoresis. Proteins were identified by tandem mass spectrometry. Gills exposed to lead and copper had a similar changed proteins. Antioxidant proteins were identified, including Mn-superoxide dismutase and ferritin indicating increased production of reactive oxygen species. The chaperone involved in the maturation of proteins in the endoplasmic reticulum showed significant differences possibly due to a change in redox state of this cellular compartment. The greater abundance of (alpha) proteasome subunits may indicate higher rates of denaturation of proteins by the proteasome. Metals also led to a change in carbonic anhydrase, which may be due to changes in acidbase balance of gill cells. Metabolic proteins, such as arginine kinase, triose phosphate isomerase and glycolytic enolase and pyruvate dehydrogenase, had changed their volumes in gels, which can be related to a higher rate of ATP renewal. Finally, we note the change in the abundance of an isoform of cdc42, a signaling protein related to modify cytoskeletal structures. Possible downstream effects of cdc42 included possible shifts in myosin and paramyosin. We assume that the substitution of metals bound to proteins by lead or copper caused an increase of ROS and a challenge in acid based on gills, causing inhibition of the protein maturation in the endoplasmic reticulum, an increase in buffering ATP and the glycolytic protein arginine kinase, as well as changes in the abundance of cdc42 affecting cytoskeletal filaments. Facts those who collaborate in the elucidation of links between metabolism, energy balance and stress tolerance. Keywords: Antarctic, carbonic anhydrase, Cdc42, chaperonins, energy metabolism, ferritin, gills, heavy metal, oxidative stress, protein homeostasis.