Hormônios tireoidianos e sua relação com o eixo reprodutivo-somatotrópico e seu possível papel no desenvolvimento embrionário em resposta ao estresse materno em zebrafish (Danio rerio) - Rodrigues, Maira da Silva [UNESP] (Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2025)
Em vertebrados, os hormônios tireoidianos (HTs) estão envolvidos na regulação de vários processos fisiológicos, incluindo o metabolismo, comportamento, estresse, desenvolvimento embrionário, e sistema reprodutivo de machos e fêmeas. Com base nisso, para aprofundar nosso conhecimento sobre a importância dos HTs na biologia reprodutiva de peixes, o presente estudo teve como objetivos: 1) investigar a interação entre os hormônios tireoidianos e o eixo hipotalâmico-hipofisário-tireoide e Gonadal (HHG) em machos adultos de zebrafish, e 2) investigar os efeitos dos hormônios maternos no desenvolvimento embrionário e larval de zebrafish, com foco no eixo somatotrópico. No primeiro objetivo, foi investigado os efeitos do hipotireoidismo induzido por metimazol na função testicular dos machos de zebrafish. Metimazol é um medicamento antireoidiano conhecido por atuar na supressão da atividade da peroxidase tireoidiana (TPO), responsável por catalisar a conversão de iodeto em iodo para produção de T3 e T4. O tratamento dos peixes com metimazol, in vivo, alterou significativamente a espermatogênese, inibiu a diferenciação celular e a meiose, além de diminuir o número relativo de espermatozoides. O comprometimento da espermatogênese observado devido ao hipotireoidismo induzido pelo metimazol foi correlacionado com mudanças significativas nos níveis de transcritos de vários genes implicados no controle da reprodução. Na abordagem ex vivo, foi demonstrado que, além de afetar os componentes do eixo hipotalâmico-hipofisário, o T3 (triiodotironina) exerceu ação direta sobre os testículos. Neste tópico destaca-se a hipótese de que os HTs são um elemento essencial do controle multifatorial da reprodução e da função testicular em zebrafish. Para atender ao segundo objetivo, fêmeas adultas de zebrafish foram alimentadas com ração comercial com diferentes concentrações de T4 (tetraiodotironina) (12.5 e 25 μg) por grama de massa corporal por 5 dias. Um grupo controle foi alimentado com ração comercial contendo o veículo (etanol 100 %). No sexto dia, o sangue de cinco fêmeas foi coletado de cada grupo, e o plasma amostrado para mensuração dos níveis de T3. As fêmeas restantes foram transferidas para tanques de reprodução com machos não tratados. Em seguida, os embriões e larvas (F1) de cada grupo foram coletados nos períodos de 0 a 144 horas pós fertilização (hpf) para análises de sobrevivência, frequência cardíaca e presença de anomalias morfológicas. Além disso, a progênie de 0 a 72 -hpf foi coletada para mensuração dos níveis de T3 e expressão gênica. Os níveis relativos de mRNA dos seguintes genes foram avaliados: crf, tsh, thrα, thrβ, dio2, dio3, mct8, gh, igf1, mtor, foxO3a, myoG e myf5. Os resultados do nosso estudo demonstraram que os níveis plasmáticos de T3 estavam aumentados em fêmeas alimentadas com uma alta concentração de T4 (25 μg), o que, consequentemente, afetou o conteúdo de T3 nos embriões de zebrafish. Além disso, a progênie descendente apresentou crescimento reduzido, bem como anomalias morfológicas e fisiológicas, incluindo edema do saco vitelínico e pericárdio, bexiga natatória não inflada, deformação da coluna seguida de escoliose, aumento da frequência cardíaca e alto índice de mortalidade. Neste mesmo grupo, a análise da expressão gênica mostrou alterações nos transcritos relacionados ao eixo tireoidiano, assim como, em genes associados ao crescimento e desenvolvimento responderam as alterações nas concentrações materna de HTs. Foi demonstrado neste grupo que os níveis de mRNA de gh e igf1 tenderam a diminuir. Por outro lado, os transcritos de mtor foram diminuídos e aumentados nas proles com 48 e 72 -hpf, respectivamente. No entanto, esses mesmos níveis tenderam a aumentar na prole obtida de fêmeas alimentadas com uma concentração baixa de T4. Nesta abordagem, nós demonstramos que flutuações nos níveis dos HTs materno apresentam consequências significantes no desenvolvimento da progênie de zebrafish pós-fertilização. Por fim, fêmeas adultas de zebrafish foram alimentadas com cortisol (25 μg por grama de massa corporal) por cinco dias. No terceiro dia após o tratamento, essas fêmeas foram acasaladas com machos não tratados. Embriões, larvas e juvenis foram coletados e analisados em diferentes períodos para avaliar a sobrevivência, o crescimento, a presença de anormalidades morfológicas, como edema de pericárdio, e a expressão de genes relacionados ao eixo somatotrópico. Os resultados indicaram que a suplementação materna com cortisol influenciou significativamente o desenvolvimento da prole, resultando em alta taxa de mortalidade, e alterações cardíacas. Além disso, foram observadas alterações na expressão de genes associados à síntese proteica, sugerindo um crescimento acelerado nas primeiras horas pós-fertilização. Em juvenis com 30 dias pós-fertilização, também foram identificadas alterações morfológicas no tecido muscular. De modo geral, este estudo destacou a importância dos hormônios materno no início do desenvolvimento embrionário e larval, e seu papel no eixo reprodutivo de machos adultos de zebrafish.

In vertebrates, thyroid hormones (THs) are involved in the regulation of various physiological processes, including metabolism, behavior, stress, embryonic development, and the reproductive system of males and females. To deepen our knowledge of the importance of THs in the reproductive biology of fish, the present study aimed to 1) investigate the crosstalk between thyroid hormones and the Hypothalamic-Pituitary-Thyroid and -Gonadal (HPG) axes in adult male zebrafish, and 2) investigate the effects of maternal hormones on the embryonic and larval development of zebrafish, with a focus on the somatotropic axis. The first objective was to investigate the effects of methimazole-induced hypothyroidism on the testicular function in zebrafish. Methimazole acts by suppressing the thyroid peroxidase (TPO) activity, which is responsible for catalyzing the conversion of iodide to iodine for the production of T3 and T4. The treatment of fish with methimazole, in vivo, significantly altered zebrafish spermatogenesis by inhibiting cell differentiation and meiosis, as well as decreasing the relative number of spermatozoa. The observed impairment of spermatogenesis by methimazole was correlated with significant changes in transcript levels for several genes implicated in the control of reproduction. Using an in vitro approach, we also demonstrated that T3 (triiodothyronine) also exerts direct action on the testis in addition to affecting the components of the brain-pituitary axis. This topic highlights the hypothesis that THs play a crucial role in the multifactorial control of reproduction and testicular function in zebrafish. To attend to the second objective, zebrafish females were fed commercial food with either a low or high concentration of T4 (tetraiodothyronine) (12.5 or 25 µg T4) per gram of body mass for 5 days. A control group was fed commercial food containing the vehicle used to dissolve the hormone (100% ethanol). Blood was collected from five females in each group on the sixth day, and plasma was sampled to extract and measure T3 levels. The remaining females were transferred to a breeding tank with untreated males. Subsequently, embryos/larvae (F1) from each group were evaluated from 0 hours post-fertilization (hpf) to 144 -hpf based on parameters such as survival rate, heartbeat rate, and morphological abnormalities. Additionally, embryos/larvae were collected from 0 to 72 -hpf to measure T3 levels and examine gene expression. The relative mRNA levels of the following genes were evaluated: crf, tsh, thrα, thrβ, dio2, dio3, mct8, gh, igf1, mtor, foxO3a, myoG and myf5. Our study demonstrated that T3 plasma levels were significantly increased in females fed a high concentration of T4 (25 μg), which consequently affected the T3 content in zebrafish embryos. Moreover, this progeny exhibited reduced growth, as well as morphological and physiological abnormalities, including yolk sac and pericardial edema, uninflated swim bladder, spine deformation, increased heartbeat rate, and higher mortality. Analysis of gene expression revealed alterations in the transcripts related to the THs axis in the progeny obtained from females fed a high concentration of T4. Additionally, the expression of genes associated with growth and development responded to changes in maternal TH concentrations. In the high T4 concentration group, mRNA levels of gh and igf1 tended to decrease. Conversely, in the same group, mtor levels were down- and up-regulated in the progeny with 48 and 72 hpf, respectively. However, these levels tended to increase in the progeny obtained from females fed a low concentration of T4. In this approach, we suggest that fluctuations in maternal THs had significant consequences for the zebrafish offspring post-fertilization. Adult female zebrafish were fed with cortisol (25 μg per gram of body mass) for five days. On the third day after treatment, these females were mated with untreated males. Embryos, larvae, and juveniles were collected and analyzed at different time points to assess survival, growth, the presence of morphological abnormalities such as pericardial edema, and the expression of genes related to the somatotropic axis. The results indicated that maternal cortisol supplementation significantly affected offspring development, leading to high mortality rates and cardiac alterations. Additionally, changes in the expression of genes associated with protein synthesis were observed, suggesting accelerated growth during the early hours post-fertilization. In juveniles, at 30 days post-fertilization, morphological alterations in muscle tissue were also observed. Overall, this work demonstrated the significance of maternal hormones in embryonic and larval development and their role in the reproductive axis of adult male zebrafish.
Thyroid hormones and the relation to the reproductive-somatotropic axis and their possible role in embryonic development in response to maternal stress in zebrafish (Danio rerio)
Keywords: Thyroid hormones (THs); Spermatogenesis; Hypothyroidism; Fetal programming; Intergerational effects