การศึกษาการแสดงออกของ neuropeptide F ในระบบทางเดินอาหารของกุ้งก้ามกรามเพศเมียในช่วงการพัฒนาของรังไข่

Highlight:

ในการศึกษาครั้งนี้ เราได้ตรวจสอบการเปลี่ยนแปลงของระดับการแสดงออกและการกระจายของ M. rosenbergii neuropeptide F (MrNPF) ในอวัยวะทางเดินอาหารในช่วงการพัฒนาของรังไข่ของกุ้งก้ามกรามเพศเมีย M. rosenbergii คณะผู้วิจัยได้ทำการตรวจสอบพบว่า MrNPF มีการแสดงออกอย่างจำเพาะเจาะจงในแต่ละส่วนของทางเดินอาหาร และระดับของMrNPF มีการเปลี่ยนแปลงไปตามช่วงการพัฒนาของรังไข่ จากนั้นคณะผู้วิจัยได้ทำการศึกษาต่อไปถึงความเป็นไปได้ของ mode of action ของ MrNPF ในการควบคุมกิจกรรมของเซลล์ในระบบทางเดินอาหารและอาจจะเป็นไปได้ถึงการควบคุมการกินอาหาร จากการค้นพบครั้งนี้ ทำให้เราได้รับองค์ความรู้ใหม่ที่สำคัญเกี่ยวกับความสัมพันธ์ของ MrNPF กับการกินอาหารในช่วงการพัฒนารังไข่ในกุ้ง M. rosenbergii ตัวเมีย และยังทำให้เราเข้าใจมากขึ้นเกี่ยวกับกลไกการควบคุมของ MrNPF ต่อการกิจกรรมของเซลล์ในระบบทางเดินอาหาร ซึ่งองค์ความรู้ใหม่ที่ได้รับนี้อาจจะนำไปประยุกต์ใช้ต่อยอดในการศึกษาเพิ่มเติมเกี่ยวกับบทบาทและการออกฤทธิ์ของ NPF ในการควบคุมการกินอาหารและกระบวนการทางสรีรวิทยาอื่นๆ ของระบบทางเดินอาหารต่อไปได้

ที่มาและความสำคัญ

Neuropeptide F (NPF) is a key hormone that controls feeding in invertebrates, including decapod crustaceans. In female M. rosenbergii, there may be a correlation between feeding and nutritional status with ovarian development, thus, the expression levels of M. rosenbergii NPF (MrNPF) and its anatomical distribution in various digestive organs during the ovarian cycle in female M. rosenbergii were examined. In the present study, we investigated changes in the levels, differential expression, and distribution of MrNPF in the digestive organs of mature M. rosenbergii females during the ovarian cycle. We further examined whether NPF is expressed in neurons that may reside in the digestive tract by colocalizing MrNPF with the two neuronal markers, including protein gene product 9.5 (PGP 9.5/UCHL-1) and choline acetyltransferase (ChAT), which is important to understand the possible mode of action of NPF to control digestive cell activities. The findings of this study shed important light on the differential expression of MrNPF in the digestive organs and its correlation with feeding and ovarian development in M. rosenbergii females. The knowledge acquired provides the impetus for further research into the possible role of NPF in the regulation of the feeding and other physiological processes of the digestive tract of this commercially important crustacean species.

Abstract

Neuropeptide F is a key hormone that controls feeding in invertebrates, including decapod crustaceans. We investigated the differential expression of Macrobrachium rosenbergii neuropeptide F (MrNPF) in the digestive organs of female prawns, M. rosenbergii, during the ovarian cycle. By using RT-qPCR, the expression of MrNPF mRNA in the esophagus (ESO), cardia (CD), and pylorus (PY) of the foregut (FG) gradually increased from stage II and peaked at stage III. In the midgut (MG), hindgut (HG), and hepatopancreas (HP), MrNPF mRNA increased from stage I, reaching a maximal level at stage II, and declined by about half at stages III and IV (P < 0.05). In the ESO, CD, and PY, strong MrNPF-immunoreactivities were seen in the epithelium, muscle, and lamina propria. Intense MrNPF-ir was found in the MG cells and the muscular layer. In the HG, MrNPF-ir was detected in the epithelium of the villi and gland regions, while MrNPF-ir was also more intense in the F-, R-, and B-cells in the HP. However, we found little colocalization between the MrNPF and PGP9.5/ChAT in digestive tissues, implying that most of the positive cells might not be neurons but could be digestive tract-associated endocrine cells that produce and secrete MrNPF to control digestive organ functions in feeding and utilizing feed. Taken together, our first findings indicated that MrNPF was differentially expressed in digestive organs in correlation with the ovarian cycle, suggesting an important link between MrNPF, the physiology of various digestive organs in feeding, and possibly ovarian maturation in female M. rosenbergii.

Keywords: Macrobrachium rosenbergii, Female prawn, Neuropeptide F, Digestive organs, Ovarian cycle

Citation: Vetkama W, Tinikul R, Sobhon P, Tinikul Y. (2024) Differential expression of neuropeptide F in the digestive organs of female freshwater prawn, Macrobrachium rosenbergii, during the ovarian cycle. Cell and Tissue Research. 397:13–36. https://doi.org/10.1007/s00441-024-03893-8

RELATED SDGs:

14. LIFE BELOW WATER

ผู้ให้ข้อมูล: รองศาสตราจารย์ ดร.ยสวันต์ ตินิกุล
ชื่ออาจารย์ที่ทำวิจัย: รองศาสตราจารย์ ดร.ยสวันต์ ตินิกุล
ชื่อนักศึกษาที่ทำวิจัย: นางสาววรินทิพย์ เวชกามา
แหล่งทุนวิจัย:
1) National Research Council of Thailand (NRCT-the Royal Golden Jubilee Ph.D. scholarship).
2) National Research Council of Thailand (NRCT) and Mahidol University (Mid-Career Research Grant).
3) NSRF via the Program Management Unit for Human Resources & Institutional Development, Research and Innovation.
Credit ภาพถ่าย: รองศาสตราจารย์ ดร.ยสวันต์ ตินิกุล และ นางสาววรินทิพย์ เวชกามา

การศึกษาประสาทกายวิภาคศาสตร์เปรียบเทียบ ของระบบ neuropeptide F ในระบบประสาทช่วงระยะการพัฒนา ของรังไข่ในกุ้งก้ามกรามเพศเมีย

Highlight:
คณะผู้วิจัยได้ทำการศึกษาประสาทกายวิภาคศาสตร์เปรียบเทียบ ของระบบ M. rosenbergii neuropeptide F (MrNPF) ในระบบประสาทตลอดช่วงระยะการพัฒนาของรังไข่ของกุ้งก้ามกรามเพศเมีย ซึ่งพบว่า MrNPF transcripts มีความสัมพันธ์กับวงจรการพัฒนาของรังไข่ โดยระดับของ MrNPF จะค่อยๆเพิ่มจากระยะเริ่มต้น และมีระดับสูงสุดที่ระยะที่สามของวงจรการพัฒนาของไข่ และค่อยๆลดลงในระยะที่สี่ ในก้านตา สมอง ปมประสาท subesophageal และปมประสาท ในส่วนของจำนวน MrNPF-ir cells และความเข้มข้น ของ fluorescence intensity จะแปรผันตรงกับกัพัฒนาของรังไข่ ดังนั้นการศึกษานี้ได้รับองค์ความรู้พื้นฐานใหม่ที่สำคัญถึงระบบ MrNPF ในสมองส่วนกลาง ซึ่งเป็น neuropeptide ที่มีความควบคุมกับ sensory stimuli, รวมถึง photo-, chemo-, and gustatory receptions, ที่ควบคุมการกินอาหารและการสืบพันธุ์ ในกุ้งก้ามกรามเพศเมีย

ที่มาและความสำคัญ
There is still a lack of fundamental knowledge on the comparative neuroanatomical mapping and changes in the expression levels of MrNPF in the CNS during the ovarian cycle in the female prawn, M. rosenbergii. Therefore, in the present study, we investigated the comparative neuroanatomical distribution and alterations in the expression levels of MrNPF in the CNS of the female prawn, M. rosenbergii during the ovarian cycle, to provide new insights into MrNPF neural circuits, and MrNPF expression levels that could modulate the feeding process and ovarian development of this female prawn.

Abstract 
Neuropeptide F (NPF) plays critical roles in controlling the feeding and reproduction of prawns. In the present study, we investigated changes in the expression levels of Macrobrachium rosenbergii neuropeptide F (MrNPF), and its neuroanatomical distribution in eyestalk (ES), brain (BR), subesophageal ganglion (SEG), thoracic ganglia (TG), and abdominal ganglia (AG), during the ovarian cycle of female prawn. By qRT-PCR, the amount of MrNPF transcripts exhibited a gradual increase in the ES, BR, and combined SEG and TG from stages I and II, to reach a maximum level at stage III, and slightly declined at stage IV, respectively. The highest to lowest expression levels were detected in combined SEG and TG, BR, ES, and AG, respectively. MrNPF immunolabeling was observed in several neuronal clusters, associated fibers, and neuropils of these central nervous system (CNS) tissues. MrNPF-ir was more intense in neurons and neuropils of SEG and TG than those found in other parts of the CNS. The number of MrNPF-ir neurons and intensity of MrNPF-ir were higher in the ES, BR, SEG, and TG at the late stages than those at the early stages of the ovarian cycle, while those in AG exhibited insignificant change. Taken together, there is a correlation between changes in the neuroanatomical distribution of MrNPF and stages of the ovarian cycle, implying that MrNPF may be an important neuropeptide that integrates sensory stimuli, including photo-, chemo-, and gustatory receptions, to control feeding and reproduction, particularly ovarian development, of this female prawn, M. rosenbergii.

Keywords: Neuropeptide F, Neuroanatomical circuit, Feeding, Ovarian cycle, Ovarian development, Female prawn, Macrobrachium rosenbergii

Citation: Tinikul Y, Kruangkum T, Tinikul R, Sobhon P (2022) Comparative neuroanatomical distribution and expression levels of neuropeptide F in the central nervous system of the female freshwater prawn, Macrobrachium rosenbergii, during the ovarian cycle. Journal of Comparative Neurology. 530:729–755.
https://doi.org/10.1002/cne.25241

RELATED SDGs:

14. LIFE BELOW WATER

ผู้ให้ข้อมูล: รองศาสตราจารย์ ดร.ยสวันต์ ตินิกุล
ชื่ออาจารย์ที่ทำวิจัย: รองศาสตราจารย์ ดร.ยสวันต์ ตินิกุล
แหล่งทุนวิจัย: Thailand Research Fund (TRF), Thailand Science Research and Innovation, Mahidol University (TRF Mid-Career Research Grant), Mahidol University (Fundamental Fund: Basic Research Fund, fiscal year 2022), The NSRF via the Program Management Unit for Human Resources & Institutional Development, Research and Innovation, and Faculty of Science, Mahidol University.