Estudio del efecto subletal de saxitoxina en la coordinación sensorial-motriz temprana en pez cebra (Danio rerio).
| dc.contributor.advisor | Boltaña Harms, Sebastián | es |
| dc.contributor.author | Carnicero Arnanz, Beatriz | es |
| dc.date.accessioned | 2025-01-16T15:02:13Z | |
| dc.date.available | 2025-01-16T15:02:13Z | |
| dc.date.issued | 2025 | |
| dc.description | Tesis presentada para optar al grado de Doctor en Ciencias con Mención en Manejo de Recursos Acuáticos Renovables | es |
| dc.description.abstract | El aumento en la frecuencia e intensidad de las Floraciones Algales Nocivas es un fenómeno complejo y multifactorial, con raíces en el cambio climático, la eutrofización y otros factores antropogénicos. Este fenómeno ha sido objeto de creciente preocupación desde los años 1970-1980, y continúa siendo un desafío significativo para la gestión de los recursos acuáticos y la salud pública a nivel mundial. En Chile, las Floraciones Algales Nocivas, especialmente las provocadas por Alexandrium catenella, han mostrado un aumento en frecuencia y severidad, afectando negativamente la economía local y la salud pública, como se observó en la crisis de la Marea Roja en 2016. La saxitoxina, una neurotoxina producida por este dinoflagelado, ha demostrado ser particularmente nociva al bloquear los canales de sodio en las neuronas, lo que interfiere con la función nerviosa y causa daños significativos tanto en organismos acuáticos, incluyendo peces y bivalvos, como en mamíferos. Estos efectos comprenden desde mortalidad, alteraciones morfológicas y fisiológicas, y cambios conductuales. Aunque su mecanismo de acción y los efectos sintomáticos agudos están bien documentados, y existen normativas basadas en estudios que identifican umbrales de seguridad, se sabe poco sobre el impacto de la exposición prolongada a esta neurotoxina en niveles inferiores a esos estándares, especialmente considerando el papel crucial de la actividad eléctrica celular en el neurodesarrollo. El objetivo principal de este estudio fue dilucidar el efecto subletal de la saxitoxina, a nivel molecular y celular, que subyace la coordinación sensorial-motriz temprana, utilizando el pez cebra (Danio rerio) como modelo in vivo. Para ello, se realizaron ensayos de exposición prolongada a dosis bajas de saxitoxina, previamente determinadas, desde el embrión en estadio de anillo germinal (5.6-6 horas postfertilización) hasta larvas de 168 horas postfertilización. Por consiguiente, la saxitoxina demostró afectar la conducta táctil temprana en peces incluso a concentraciones mínimas, correlacionándose con una sobreexpresión de isoformas específicas de los canales de sodio dependientes de voltaje, (scn8aa/scn8ab y scn1Laa/scn1Lab) y con modificaciones en la expresión de genes fundamentales en las vías colinérgicas (chat y ache) y GABAérgicas (gabra1 y gat1). Asimismo, 1 µg/L de saxitoxina indujo una reducción en los niveles del neurotransmisor GABA. Esto indica que la exposición prolongada a umbrales inferiores de los estandarizados puede comprometer de manera significativa la respuesta táctil y la integridad de la neurotransmisión. Esta investigación es presentada en el capítulo 1: “Neurotoxicidad Subletal de Saxitoxina en el desarrollo temprano del pez cebra: Impacto en la función sensorimotora y los sistemas de neurotransmisión” y el manuscrito publicado puede encontrarse en el Anexo III. Además, la exposición de 1 y 100 µg/L de saxitoxina, durante las primeras 24 horas postfertilziación, modificaron la neurogénesis de neuronas mecanosensoriales Rohon-Beard, provocando un retraso en su transformación fenotípica a la menor concentración, mientras que a la concentración más elevada se observó una aceleración de este proceso, así como una alteración en su migración. Por otro lado, las neuronas del ganglio de la raíz dorsal no presentaron modificaciones morfológicas discernibles. Estos resultados son documentados en detalle en el capítulo 2: “El papel de la Saxitoxina subletal en el desarrollo de las neuronas espinales en el pez cebra: Rohon-Beard y Ganglio de la Raíz Dorsal”. También, implementamos un modelo de pez cebra transgénico, Tg(hb9:GFP), en el cual las motoneuronas expresan Proteína Fluorescente Verde, y se investigó el efecto de 100 µg/L de saxitoxina sobre el desarrollo de su axón principal. Los resultados indicaron que la saxitoxina induce un retraso significativo en la axonogénesis de neuronas motoras. Esta investigación se presenta en el capítulo 3: “Neurotoxicidad de la saxitoxina: Efectos subletales en el desarrollo de los axones motores en el pez cebra transgénico hb9:GFP”. Por último, examinamos el impacto de 1 µg/L de saxitoxina en el mecanismo epitranscriptómico de la modificación N6-metiladenosina a las 120 horas postfertilización. Utilizando secuenciación directa de ARN, se identificó que la modificación N6-metiladenosina desempeña un papel fundamental y exhibe un patrón de alteración en el desarrollo neuronal en respuesta a la exposición a saxitoxina. El detalle de estos resultados es presentado en el capítulo 4: “Exploración de la Modificación Epitranscriptómica en Larvas de Pez Cebra expuestas a bajos niveles de Saxitoxina”. Este trabajo indica que la exposición a saxitoxina, por debajo del umbral de seguridad, interfiere en el correcto desarrollo de la coordinación sensorial-motriz temprana. También, ofrece nuevas perspectivas sobre los efectos subletales de la saxitoxina, señalando posibles biomarcadores moleculares y la consideración del pez cebra bajo un enfoque transgénico y ómico para el estudio y detección de Floraciones Algales Nocivas; sumado a subrayar la importancia de realizar investigaciones adicionales para comprender mejor el impacto de estas toxinas en los ecosistemas acuáticos y desarrollar estrategias de gestión adecuadas frente a Floraciones Algales Nocivas. | es |
| dc.description.abstract | The increase in the frequency and intensity of Harmful Algal Blooms is a complex and multifactorial phenomenon, with roots in climate change, eutrophication and other anthropogenic factors. This phenomenon has been of increasing concern since the 1970s-1980s, and continues to be a significant challenge for aquatic resource management and public health worldwide. In Chile, Harmful Algal Blooms, especially those caused by Alexandrium catenella, have shown an increase in frequency and severity, negatively affecting the local economy and public health, as observed in the 2016 Red Tide crisis. Saxitoxin, a neurotoxin produced by this dinoflagellate, has been shown to be particularly harmful by blocking sodium channels in neurons, which interferes with nerve function and causes significant damage in both aquatic organisms, including fish and bivalves, and mammals. These effects range from mortality, morphological and physiological alterations, and behavioural changes. Although its mechanism of action and acute symptomatic effects are well documented, and there are study-based guidelines that identify safety thresholds, little is known about the impact of prolonged exposure to this neurotoxin at levels below these standards, especially considering the crucial role of cellular electrical activity in neurodevelopment. The main objective of this study was to elucidate the sublethal effect of saxitoxin, at the molecular and cellular level, underlying early sensory-motor coordination, using zebrafish (Danio rerio) as an in vivo model. For this purpose, prolonged exposure to previously determined low doses of saxitoxin was tested from the germ-ring stage embryo (5.6-6 hours post-fertilisation) to 168 hours post-fertilisation larvae. Therefore, saxitoxin was shown to affect early tactile behaviour in fish even at minimal concentrations, correlating with an overexpression of specific isoforms of voltage-dependent sodium channels (scn8aa/scn8ab and scn1Laa/scn1Lab) and with modifications in the expression of key genes in the cholinergic (chat and ache) and GABAergic (gabra1 and gat1) pathways. Furthermore, 1 µg/L saxitoxin induced a reduction in GABA neurotransmitter levels. This indicates that prolonged exposure to lower than standardised thresholds can significantly compromise tactile response and neurotransmitter integrity. This research is presented in chapter 1: ‘Sublethal neurotoxicity of saxitoxin in early zebrafish development: Impact on sensorimotor function and neurotransmitter systems’ and the published manuscript can be found in Annex 2. Furthermore, exposure to 1 and 100 µg/L saxitoxin, during the first 24 hours post-fertilisation, modified the neurogenesis of Rohon-Beard mechanosensory neurons, causing a delay in their phenotypic transformation at the lowest concentration, while at the highest concentration an acceleration of this process was observed, as well as an alteration in their migration. On the other hand, dorsal root ganglion neurons showed no discernible morphological modifications. These results are documented in detail in chapter 2: ‘The role of sublethal Saxitoxin in the development of spinal neurons in zebrafish: Rohon-Beard and Dorsal Root Ganglion’. Also, we implemented a transgenic zebrafish model, Tg(hb9:GFP), in which motor neurons express Green Fluorescent Protein, and investigated the effect of 100 µg/L saxitoxin on the development of their main axon. The results indicated that saxitoxin induces a significant delay in motor neuron axonogenesis. This research is presented in chapter 3: ‘Revealing Neurotoxicity: Sublethal effects of saxitoxin on motor axon development in hb9:GFP transgenic zebrafish’. Finally, we examined the impact of 1 µg/L saxitoxin on the epitranscriptomic mechanism of N6-methyladenosine modification at 120 hours post-fertilisation. Using direct RNA sequencing, we identified that the N6-methyladenosine modification plays a key role and exhibits a pattern of altered neuronal development in response to saxitoxin exposure. Details of these results are presented in chapter 4: ‘Exploration of Epitranscriptomic Modification in Zebrafish Larvae Exposed to Low Levels of Saxitoxin’. This work indicates that exposure to saxitoxin, below the safety threshold, interferes with the proper development of early sensory-motor coordination. It also offers new perspectives on the sublethal effects of saxitoxin, pointing out possible molecular biomarkers and the consideration of zebrafish under a transgenic and omic approach for the study and detection of HABs, as well as underlining the importance of further research to better understand the impact of these toxins on aquatic ecosystems and to develop appropriate HAB management strategies. | en |
| dc.description.campus | Concepción | es |
| dc.description.departamento | Departamento de Oceanografía | es |
| dc.description.facultad | Facultad de Ciencias Naturales y Oceanográficas | es |
| dc.description.sponsorship | ANID, Beca de Doctorado Nacional n°21190538 | es |
| dc.identifier.uri | https://repositorio.udec.cl/handle/11594/12313 | |
| dc.language.iso | es | es |
| dc.publisher | Universidad de Concepción | es |
| dc.rights | CC BY-NC-ND 4.0 DEED Attribution-NonCommercial-NoDerivs 4.0 International | en |
| dc.rights.uri | https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ | |
| dc.subject | Saxitoxina | es |
| dc.subject | Pez cebra | es |
| dc.subject | Neurotoxinas | es |
| dc.subject.ods | Acción CLIMÁTICA, Vida MARINA | es |
| dc.title | Estudio del efecto subletal de saxitoxina en la coordinación sensorial-motriz temprana en pez cebra (Danio rerio). | es |
| dc.type | Thesis | en |