Fish embryonic stem cells as tools for chronobiological and endocrinological studies

Abstract

Circadian rhythms exist in many biochemical, physiological and cellular processes, including hormonal synthesis and/or secretion. These rhythms are driven by endogenous clocks that are ultimately entrained by environmental factors, being the light-dark cycle (LD) the most important synchronizer. Fish circadian rhythms appear sustained by cellautonomous mechanisms, but unfortunately, fish cellular clocks have been poorly studied in marine species. An important bottleneck in fish research is the supply and maintenance of embryos, larvae, juvenile and adult specimens. In this context, cell lines constitute powerful and alternative tools with important applications in fish chronobiology and endocrinology. In this study, we have used a recently developed monoclonal embryonic cell line derived from the blastula stage of gilthead seabream embryos (SAEC-H7) to analyse the oscillation of central clock components and the response to different photoregimes. Our results showed rhythmic expression of key clock genes in embryonic cells, which were able to re-entrain to a light cycle inversion. Rhythmic expression of some core clock genes persisted under constant light and dark conditions after several days, but with decreased mesors and amplitudes, reinforcing the circadian and endogenous nature of the cellular rhythms. These results indicate that SAEC-H7 contain a functional molecular clock entrained by light, representing an important tool for chronobiological and endocrinological studies in fish.

Los ritmos circadianos existen en numerosos procesos bioquímicos, fisiológicos y celulares, incluyendo la síntesis y/o secreción hormonal. Estos ritmos son impulsados ​​por relojes circadianos endógenos que, en última instancia, son sincronizados por factores ambientales, siendo el ciclo luz-oscuridad (LD) el sincronizador más importante. Los ritmos circadianos en peces parecen sustentarse por mecanismos celulares autónomos, pero lamentablemente, los relojes celulares de peces han sido poco estudiados en especies marinas. Un importante obstáculo en la investigación en peces es el suministro y mantenimiento de embriones, larvas, ejemplares juveniles y adultos. En este contexto, las líneas celulares constituyen herramientas potentes y alternativas con importantes aplicaciones en la cronobiología y endocrinología de peces. En este estudio, hemos utilizado una línea celular embrionaria monoclonal recientemente desarrollada, derivada de la etapa de blástula de embriones de dorada (SAEC-H7), para analizar la oscilación de los componentes del reloj central y la respuesta a diferentes fotorregímenes. Nuestros resultados mostraron la expresión rítmica de genes clave del reloj en células embrionarias, capaces de resincronizarse con una inversión del ciclo de luz. La expresión rítmica de algunos genes del reloj central persistió en condiciones de luz y oscuridad constantes después de varios días, pero con una disminución de mesores y amplitudes, lo que refuerza la naturaleza circadiana y endógena de los ritmos celulares. Estos resultados indican que SAEC-H7 contiene un reloj molecular funcional sincronizado con la luz, lo que representa una herramienta importante para estudios cronobiológicos y endocrinológicos en peces.