Estudio cuestiona el rol de la piel en la síntesis de vitamina D3 del salmón del Atlántico
Los resultados muestran que la vitamina D3 en salmón del Atlántico podría sintetizarse y activarse fuera de la piel y el riñón, desafiando el modelo mamífero clásico.
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A través de análisis genómico, filogenético y transcriptómico, un estudio noruego analizó los genes relacionados con vitamina D3, vitamina clave para procesos como el metabolismo mineral, crecimiento, inmunidad y salud fisiológica general, en el salmón del Atlántico, cómo estos se expresan en diferentes tejidos y cómo se diferencia su metabolización en comparación con los mamíferos. Esta nueva información proporciona una base genética corregida para mejorar protocolos dietarios en acuicultura
Los científicos caracterizaron de manera comprensiva el repertorio genómico y la expresión tisular específica de 16 genes relacionados con la vitamina D3 en S. salar, corrigiendo errores y limitaciones presentes en anotaciones genómicas automáticas, identificando así que la síntesis y activación de vitamina D3 en el salmón ocurre en otros tejidos o mediante mecanismos extra-renales.
Vitamina D3, desafíos en peces teleósteos
La vitamina D3 – o colecalciferol- es una hormona con funciones reconocidas en la regulación del calcio y fósforo para la formación y mantenimiento del esqueleto, modulación del sistema inmune, diferenciación celular y el desarrollo muscular, influyendo directamente sobre el crecimiento, la mineralización ósea y la resistencia a enfermedades en peces teleósteos.
Si bien las vías metabólicas de la vitamina D3 están bien caracterizadas en mamíferos (Figura 1), su conservación y características específicas en el salmón atlántico no están bien definidas. Se ha demostrado que el salmón posee capacidad para sintetizar vitamina D3 mediante exposición a UVB, relevante en cultivos cerrados o con menor exposición a luz natural, sin embargo, el estudio de la vía metabólica de la vitamina D3 en salmón se ha visto dificultado por la complejidad de su genoma. Debido a una duplicación completa del genoma ocurrida durante la evolución de los salmónidos, muchas de las copias génicas involucradas en esta ruta permanecen mal identificadas o anotadas de forma incompleta en las bases de datos disponibles.
Materiales y métodos
El primer paso consistió en identificar genes potencialmente involucrados en la síntesis, transporte, activación y regulación de la vitamina D3 a través de una revisión exhaustiva de la base de datos genómica RefSeq de Salmo salar y otras bases de datos especializadas, buscando ortólogos de genes conocidos en humanos, incluyendo DHCR7, GC/DBP, CYP2R1, CYP27A1, CYP27B1, CYP24A1 y VDR. Posteriormente, los genes candidatos fueron verificados mediante análisis filogenéticos e identificados si eran copias derivadas de la duplicación genómica o cuáles correspondían realmente a componentes de la vía metabólica a través de alineamientos de secuencia y la construcción de árboles evolutivos.
Se obtuvieron datos transcriptómicos de RNA-seq de 15 tejidos diferentes (incluyendo cerebro, ojo, intestino, riñones, corazón, hígado, músculo, piel, entre otros) desde un estudio previo, evaluando su calidad e identificando posibles muestras atípicas o anómalas. Mediante técnicas de secuenciación y cuantificación de ARN, evaluaron los niveles de expresión de cada gen para determinar en qué órganos se encuentran activos. Este enfoque permitió construir un mapa integral de la distribución tisular de los componentes de la vía metabólica de la vitamina D3, proporcionando una base para comprender cómo este sistema funciona en la especie y cómo difiere del modelo descrito en mamíferos.
Resultados
Se identificaron 16 genes vinculados a la vitamina D3
Se identificaron 16 genes relacionados con la vía metabólica de la vitamina D3 en el genoma de S. salar, encontrando múltiples copias de varios genes clave debido a la duplicación genómica característica de los salmónidos. Entre ellas destacaron dos copias para DHCR7, CYP27B1 y CYP24A1, tres copias para CYP2R1 y cuatro variantes del receptor de vitamina D (VDR).
La albúmina podría reemplazar al transportador clásico de vitamina D
Se confirmó la ortología de estos genes con sus equivalentes en humanos y otros peces, incluyendo la duplicación de receptores de vitamina D (vdra y vdrb) y clarificaron que las proteínas de transporte de vitamina D en el salmón están probablemente representadas por genes de albúmina (alb2), ya que no se identificó un ortólogo directo para la proteína transportadora GC, y además, fueron las más abundantes, mostrando una fuerte expresión en hígado y corazón.
La activación de la vitamina D3 no ocurriría principalmente en el riñón
Los 16 genes mostraron perfiles de expresión específicos y variables entre los distintos tejidos. Por ejemplo, los parálogos de alb2 tenían una expresión alta en hígado y corazón - genes enzimáticos clave para la síntesis y metabolismo de vitamina D3 - , mostraron expresiones medias o bajas con distribución tisular específica. La expresión de la enzima cyp27b, responsable de activar la vitamina D3 principalmente en el riñón en vertebrados, fue muy baja o prácticamente ausente en el riñón de salmón. Por el contrario, una de sus copias presentó mayor actividad en hígado, corazón y ovario, lo que apunta a que la activación de la vitamina D podría producirse en tejidos extra-renales.
La piel podría no ser el principal sitio de síntesis
La ausencia de expresión detectable de dhcr7 (enzima clave para la síntesis cutánea de vitamina D3) en la piel sugeriría que la síntesis puede localizarse en otras capas tisulares o se regula de forma diferente al mamífero. En cambio, los niveles más altos de expresión de estos genes se observaron en ovario, hígado, ciegos pilóricos e intestino, sugiriendo que los mecanismos de síntesis podrían estar organizados de manera diferente en el salmón del Atlántico.
Vías extra-hepáticas y extra-renales
La evolución de los salmónidos derivó en la duplicación completa del genoma, lo que trajo consigo también que muchos genes aparezcan en múltiples copias y sean mal identificados u omitidos en las bases de datos convencionales, por lo que este estudio reveló las limitaciones de las herramientas automáticas de anotación genética para caracterizar vías metabólicas complejas en salmón del Atlántico.
Por otro lado, los resultados ponen sobre la mesa en cómo los modelos mamíferos no han sido suficientes para comprender las vías metabólicas de los salmónidos. Por ejemplo, la ausencia de expresión de los genes dhcr7 en la piel, asociados en mamíferos a la síntesis de vitamina D3 cuando se exponen a UVB, podría indicar que la síntesis ocurre en capas específicas de la piel que no fueron detectadas por el análisis, o bien que la regulación de este proceso sigue mecanismos distintos a los observados en mamíferos. Por otro lado, al no haberse encontrado ortólogos de la proteína GC – transportador de metabolitos de vitamina D en humanos - los resultados apuntan a que proteínas de la familia de las albúminas, particularmente alb2, podrían asumir esta función, al ser un transportador de baja afinidad y alta capacidad para estos metabolitos en mamíferos, lo que implica una función similar en salmones.
Los resultados también sugieren una menor dependencia de la ruta hepática o una contribución extrahepática significativa en S. salar, al presentar baja expresión de los genes cyp2r1.a y cyp27a1, a diferencia del modelo mamífero en el que las enzimas CYP2R1 y CYP27A1 del hígado convierten la vitamina D3 en 25(OH)D3. A su vez, los mamíferos activan la vitamina D3 a nivel renal mediante la enzima CYP27B1, en cambio ambos paralogos cyp27b1 no se expresaron en el riñón anterior (head kidney) del salmón Atlántico, sugiriendo que su activación también sería extra-renal.
En conjunto, los hallazgos sugieren que la ruta metabólica de la vitamina D3 en salmón del Atlántico difiere sustancialmente del modelo clásico descrito en mamíferos, especialmente en los procesos de síntesis, transporte y activación de esta vitamina.
En conclusión, los resultados obtenidos en este estudio cobran especial relevancia al integrarlos a los planes de nutrición y fotoperiodo, en especial en instalaciones RAS y otras modalidades con menor exposición a la luz solar natural, permitiendo diseñar estrategias nutricionales más específicas y eventualmente optimizar el bienestar, crecimiento y desempeño productivo de los peces cultivados.
Puedes leer el artículo "Comprehensive genomic identification and 1 multi-tissue transcriptomic profiling of 2 vitamin D3-related genes in Atlantic 3 salmon (Salmo salar)" en este enlace.
