Amino acid toxicity in Zebrafish

Abstract

Proteins are synthetized through the mechanism of translation and are constituted by amino acids. Besides being the basic units of proteins, amino acids also play other important roles in the cell such as signaling or regulation of cell growth. However, in excess, amino acids can be toxic, although the mechanism of toxicity is still not clear. In this study we used zebrafish as a vertebrate model to assess the toxicity induced by different amino acids as a result of nutritional imbalance. Moreover, we evaluated the changes induced by amino acid toxicity during zebrafish development in order to understand if this toxicity could be related with wrong incorporation of mischarged amino acids during translation. The results show that some of the canonical amino acids cause high toxicity in zebrafish, namely L-tryptophan, L-glutamine, Lphenylalanine and L-arginine. To understand if this toxicity could be caused by the production of aberrant proteins, due to tRNA mischarging, result of an unbalanced amino acid pool, we analyzed the activation of protein degradation pathways. For this we did western blot analysis of the poliubiquitination state of the proteome. No differences were observed between different amino acid concentrations and the control indicating that the ubiquitin-proteasome pathway is not directly correlated with the amino acid toxicity observed.

As proteínas são sintetizadas através do mecanismo de tradução e são constituídas por aminoácidos. Além de serem as unidades básicas das proteínas, os aminoácidos também desempenham outras funções importantes na célula, tais como sinalização ou regulação do crescimento celular. No entanto, em excesso, os aminoácidos podem ser tóxicos, embora o mecanismo de toxicidade não esteja claro. Neste estudo, usámos o peixezebra como modelo vertebrado para avaliar a toxicidade induzida por diferentes aminoácidos como resultado do desiquílibrio nutricional. Para tal, avaliámos as alterações induzidas pela toxicidade de aminoácidos durante o desenvolvimento do peixe-zebra, para compreender se esta toxicidade podia estar relacionada com a incorporação errada de aminoácidos durante a tradução. Os resultados mostram que alguns dos aminoácidos causam toxicidade em peixe-zebra, nomeadamente, L-triptofano, L-glutamina, Lfenilalanina e L-arginina. Para entender se esta toxicidade pode ser causada pela produção de proteínas aberrantes, devido ao carregamento errado de aminoácidos no tRNA, resultante de um excesso de aminoácidos, analisámos a activação de vias de degradação de proteínas. Para isso realizámos análises por western blot do estado de poliubiquitinação do proteoma. Não foram observadas diferenças entre as diferentes concentrações de aminoácidos e do controlo, indicando que a via da ubiquitina-proteossoma não está directamente relacionada com a toxicidade de aminoácidos observada.