Alterações metabólicas na perereca sul-americana Boana pulchella durante exposição a baixas temperaturas, desidratação e anóxia

Abstract

Os anfíbios apresentam características importantes, como a ectotermia e um ciclo de vida com uma fase terrestre e outra aquática, que determinam sua distribuição. Viver em ambientes com grandes variações de temperatura ou com restrição hídrica requer modificações comportamentais, bioquímicas e fisiológicas significativas para lidar com as flutuações nos parâmetros ambientais, como temperatura, oxigênio e umidade. Além disso, no contexto atual, em que as mudanças climáticas são uma realidade, esse grupo requer atenção especial devido à sua considerável vulnerabilidade diante das mudanças ambientais. Trabalhos anteriores já demonstraram que os anuros possuem alguns ajustes fisiológicos conservados dentro do grupo que os permitem sobreviver em ambientes estressores. Partindo da premissa de que os anfíbios têm capacidade de ajustar seus processos fisiológicos a mudanças ambientais, nossa hipótese é que a perereca subtropical Boana pulchella apresenta ajustes metabólicos específicos para lidar com temperaturas baixas, desidratação e anóxia. O objetivo desse trabalho, portanto, foi caracterizar quais são os ajustes metabólicos de B. pulchella frente a exposição experimental a temperaturas negativas, desidratação e anóxia. Experimentos foram conduzidos para expor B. pulchella a essas condições, seguidos de análises bioquímicas e enzimáticas no plasma e tecidos. Foram mensurados índices morfométricos, concentração de metabólitos no plasma e tecidos (ácido úrico, glicerol, glicose, lactato, ureia), balanço oxidativo, e vias relacionadas ao metabolismo da glicose como oxidação a CO₂, glicogênese e gliconeogênese em diferentes condições experimentais. Os resultados revelaram mudanças metabólicas significativas em Boana pulchella que variaram dependendo do tipo de exposição. Durante exposição a temperaturas negativas, observou-se resiliência ao congelamento. Além disso, concentrações reduz metabolismo de glicose hepática durante a temperaturas negativas podem indicar uma necessidade de níveis reduzidos de osmólitos em condições de frio e a conservação de energia durante esse período. Na desidratação, os resultados indicam que há uma estratégia de preservação de água tecidual através da glicogênese, evidenciada pelo aumento da sintetize glicogênio e, assim, estocar moléculas de água no tecido junto com esse glicogênio. O equilíbrio oxidativo também exibiu atividades tecido-específicas de enzimas antioxidantes. Durante a reidratação, a CAT no coração e no músculo, e SOD no músculo, parecem ser enzimas importantes para lidar com ROS e prevenir o estresse oxidativo mantendo os tecidos funcionais. Sugerimos, ainda, através dos nossos resultados, um papel importante do lactato como agente neuroprotetor quando exposto a desidratação e a anóxia, uma vez que seus níveis foram elevados. As respostas integradas, em conjunto com outras não analisadas, possivelmente auxiliam na sobrevivência desses animais em ambientes desafiadores uma vez que em todas as exposições os animais conseguiram se recuperar. Além disso, esses resultados auxiliam na descrição dos ajustes metabólicos que os anuros subtropicais apresentam quando expostos a estressores fomentando a literatura e a compreensão da fisiologia desse grupo de animais pouco estudados. Para avançar no entendimento das adaptações fisiológicas dos anfíbios, propõe-se explorar interações entre esses fatores estressores, análises detalhadas de metaboloma e atividades enzimáticas, bem como determinar a expressão de transportadores de glicose. Essas abordagens têm o potencial de fornecer uma compreensão mais profunda das adaptações fisiológicas dos anfíbios e informar estratégias de conservação diante das mudanças climáticas.

Amphibians exhibit important characteristics, such as ectothermy and a life cycle with both terrestrial and aquatic phases, which determine their distribution. Living in environments with large temperature variations or water restriction requires significant behavioral, biochemical, and physiological modifications to cope with fluctuations in environmental parameters, such as temperature, oxygen, and humidity. Moreover, in the current context where climate change is a reality, this group requires special attention due to their considerable vulnerability to environmental changes. Previous studies have shown that anurans possess some physiological adjustments conserved within the group that allow them to survive in stressful environments. Based on the premise that amphibians could adjust their physiological processes to environmental changes, our hypothesis is that the subtropical tree frog Boana pulchella presents specific metabolic adjustments to cope with low temperatures, dehydration, and anoxia. Therefore, the objective of this study was to characterize the metabolic adjustments of B. pulchella in response to experimental exposure to negative temperatures, dehydration, and anoxia. Experiments were conducted to expose B. pulchella to these conditions, followed by biochemical and enzymatic analyses in plasma and tissues. Morphometric indices, metabolite concentrations in plasma and tissues (uric acid, glycerol, glucose, lactate, urea), oxidative balance, and pathways related to glucose metabolism such as CO2 oxidation, glycogenesis, and gluconeogenesis were measured under different experimental conditions. The results revealed significant metabolic changes in Boana pulchella that varied depending on the type of exposure. During exposure to negative temperatures, resilience to freezing was observed. Additionally, reduced urea concentrations and decreased hepatic glucose metabolism during negative temperatures may indicate a need for reduced osmolyte levels in cold conditions and energy conservation during this period. In dehydration, the results indicate a strategy of tissue water preservation through glycogenesis, evidenced by increased glycogen synthesis and thus storing water molecules in the tissue along with this glycogen. Oxidative balance also exhibited tissue-specific activities of antioxidant enzymes. During rehydration, CAT in the heart and muscle, and SOD in the muscle, appear to be important enzymes for dealing with ROS and preventing oxidative stress while maintaining functional tissues. Furthermore, through our results, we suggest an important role of lactate as a neuroprotective agent when exposed to dehydration and anoxia, as its levels were elevated. The integrated responses, along with other unanalyzed ones, possibly contribute to the survival of these animals in challenging environments since in all exposures the animals were able to recover. Additionally, these results assist in describing the metabolic adjustments that subtropical anurans present when exposed to stressors, fostering literature and understanding of the physiology of this understudied group of animals. To advance understanding of amphibian physiological adaptations, it is proposed to explore interactions between these stress factors, detailed metabolomic analyses, enzymatic activities, as well as determine the expression of glucose transporters. These approaches have the potential to provide a deeper understanding of amphibian physiological adaptations and inform conservation strategies in the face of climate change.