การศึกษาผลของกลูตาเมท ต่อการกินอาหาร การเปลี่ยนแปลงเนื้อเยื่อลำไส้ การเจริญเติบโต และระบบภูมิคุ้มกัน ในลูกกุ้งก้ามกรามระยะจูวิไนล์

Highlight:

คณะผู้วิจัยได้ทำการศึกษาผลของกลูตาเมท (Glutamate, Glu) ต่อการกระตุ้นการกินอาหาร การเปลี่ยนแปลงของเนื้อเยื่อวิทยาของลำไส้ การเจริญเติบโต และระบบแอนตี้ออกซิแดนซ์ภูมิคุ้มกัน ในลูกกุ้งก้ามกรามระยะจูวิไนล์ โดยพบว่า การให้อาหารที่ผสมด้วย Glu ที่ระดับความเข้มข้น 55 และ 550 mg/kg feed สามารถกระตุ้นการกินอาหาร โดยการเพิ่ม food consumption, digestive enzyme activities, และกระตุ้น feeding behaviors นอกจากนี้ยังพบการเปลี่ยนแปลงของเนื้อเยื่อวิทยาของลำไส้ เมื่อเปรียบเทียบกับกลุ่มควบคุม (P < 0.05) สารสื่อประสาท Glu สามารถกระตุ้นการเจริญเติบโต โดยการเพิ่มขนาด, weight gain (WG), growth rate (GR), specific growth rate (SGR), และaverage daily gain (ADG) ในช่วงสัปดาห์ที่ 8 ถึง 12 เมื่อเปรียบเทียบกับกลุ่มควบคุม อย่างมีนัยสำคัญทางสถิติ (P < 0.05). นอกจากนี้ อาหารที่ผสม Glu สามารถเพิ่มการแสดงออกของ appetite/feeding-related gene อาทิ neuropeptide F (NPF) และ muscle growth-, immune-related genes ตลอดจน immune ต่างๆ รวมทั้ง พบอัตราการอยู่รอด (Survival rate) ที่สูงกว่ากลุ่มควบคุม (P < 0.05) จากผลการวิจัยนี้ คณะผู้วิจัยได้ค้นพบองค์ความรู้พื้นฐานใหม่ที่สำคัญมาก ที่แสดงให้เห็นว่า Glu สามารถกระตุ้นการกินอาหาร การเจริญเติบโต และภูมิคุ้มกัน ในลูกกุ้งก้ามกรามระยะจูวิไนล์ นอกจากนี้ ยังค้นพบกลไกการควบคุม Glu ที่สำคัญต่อการกินอาหาร และ/หรือ การเจริญเติบโต ที่อาจจะทำงานร่วมกัน (interplay) กับ NPF ในการควบคุมสรีระวิทยาเหล่านี้ โดยองค์ความรู้ใหม่ที่ได้รับนี้ อาจจะสามารถนำ Glu ซึ่งมีราคาไม่แพง นำมาประยุกต์ใช้โดยการผสมอาหาร (functional feed) เพื่อเพิ่มอัตราการกินอาหาร การเจริญเติบโต ตลอดจนเพิ่มภูมิคุ้มกัน ในการเพาะเลี้ยงลูกกุ้งก้ามกรามได้ในอนาคต

ที่มาและความสำคัญ

The giant freshwater prawn (Macrobrachium rosenbergii) culturing in Thailand currently faces significant challenges, notably the high-density captive breeding system, which increases stress and retards growth rate of juvenile prawns. Stress leads to diminished appetite, decreased food intake, stunted growth, heightened vulnerability to diseases, and elevated mortality rates. Feeding is an important process for acquiring nutrients essential to energy production and growth in juvenile prawns. Numerous factors influence feeding, including food type, temperature, light, hormones, and neurotransmitters (Volkoff, 2016; Volkoff & Rønnestad, 2020; Tierney, 2020). These factors interact through complex regulatory mechanisms that control digestive function for nutrient absorption, energy balance, and growth. Increasing feeding rates can also lead to higher growth, improved health, as well as enhanced production and economic value of cultured prawns. Glutamate (Glu) is a neurotransmitter and a versatile non-essential amino acid. Glu in intestinal cells stimulates neural networks, consequently influencing brain regions through nutrient sensing. This indicates that Glu is a significant regulator of food consumption, digestion, and nutrient absorption. However, the effects and underlying regulatory mechanisms of Glu on feed consumption, digestibility, growth, appetite-related peptides, and antioxidant–immune gene expression in juvenile freshwater prawn, M. rosenbergii, remain unclear. Given its physiological importance, Glu may serve as a key regulator of feeding, growth, and immune responses in juvenile prawns.

Abstract

The aim of the study is to explore the effects of glutamate (Glu) supplementation on feed consumption, digestibility, intestinal histology, growth, gut barrier, and the antioxidant–immune-related genes during the juvenile stage of freshwater prawn (Macrobrachium rosenbergii). The supplementation of Glu at doses of 55 and 550 mg/kg feed significantly enhanced feed consumption, digestion, digestive enzyme activities, and gut histology (P < 0.05). Feeds supplemented with these two doses of Glu improved growth, demonstrated by increased body size, weight gain (WG), growth rate (GR), specific growth rate (SGR), and average daily gain (ADG) during weeks 8–12 (P < 0.05). Additionally, juvenile prawns fed diets supplemented with both doses of Glu exhibited significant upregulation of appetite-related gene, as well as muscle growth-related and immune-related genes (P < 0.05). Survival rate (SR) was significantly higher for juvenile prawns receiving diets with Glu supplementation at weeks 8 and 12. Collectively, these results indicate that Glu function as an appetite stimulant, growth enhancer, and immune modulator; therefore, this neurotransmitter may be a potential food additive for improving the production of juvenile prawns raised in an aquaculture system.

Keywords: Digestibility, Feeding stimulant, Glutamate supplement, Growth promoter, Macrobrachium rosenbergii

Citation: Deethaisong T, Manjit P, Vetkama W, Tinikul R, Sobhon P, Tinikul Y. (2026) Effects of glutamate supplementation on feed consumption, intestinal histology, growth performance, muscle mass, intestinal barrier, and antioxidant-immune genes in the juvenile giant freshwater prawn, Macrobrachium rosenbergii. Veterinary and Animal Science. 33, 100704 https://doi.org/10.1016/j.vas.2026.100704

RELATED SDGs:

14. LIFE BELOW WATER

ผู้ให้ข้อมูล: รองศาสตราจารย์ ดร.ยสวันต์ ตินิกุล
ชื่ออาจารย์ที่ทำวิจัย: รองศาสตราจารย์ ดร.ยสวันต์ ตินิกุล
ชื่อนักศึกษาที่ทำวิจัย: นางสาวทิราพร ดีไทยสง นางสาวปัณณศา แม้นจิตร และ 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
Webmaster: ว่าที่ ร.อ. นเรศ จันทรังสิุกล

ในการศึกษานี้ ได้พัฒนาอนุภาคลูกผสม โดยนำโปรตีนเปลือกไวรัส (virus-like particles; VLPs) ของไวรัสกุ้งก้ามกราม (MrNV) มาแทนที่ส่วนยื่น (protruding domains) ด้วยโดเมน(tsCRD) ที่สามารถจับกับกรดไซลิอาลิก ที่พัฒนามาจากเลคติน SNA-I โดยให้ชื่ออนุภาคลูกผสมนี้ว่า (tsCRD-MrNV-VLPs) ส่วนยื่นที่นำมาแทนที่นี้ มีบทบาทในการจับกับโปรตีนหนามของไวรัส SARS-CoV-2 ซึ่งเมื่อผลิตออกมาได้แล้ว พบว่าอนุภาคลูกผสมมีความ เสถียรและสามารถผลิตได้ในระบบแบคทีเรีย มีความสามารถในการจับและเข้าสู่เซลล์ HEK293T ที่แสดงโปรตีน ACE2 สูง (HEK293T-hACE2) ซึ่งเซลล์นี้เป็นเซลล์เป้าหมายของ SARS-CoV-2 จากการทดลองพบว่าอนุภาคลูกผสมสามารถลดการติดเชื้อของไวรัส SARS-CoV-2 สายพันธุ์ Wuhan, Delta และ Omicron ในเซลล์ได้อย่างมีนัยสำคัญ. ผลการศึกษานี้ชี้ให้เห็นว่า tsCRD-MrNV-VLPs อาจพัฒนานำมาใช้ในการป้องกันหรือรักษาการติดเชื้อไวรัสที่ใช้กลไกการจับกับกรดไซลิอาลิก เช่น SARS-CoV-2 ได้

ชื่องานวิจัย ภาษาไทย

การแทนที่ส่วนยื่นของอนุภาคโนด้าไวรัส ด้วยโดเมนที่จับกับกรดไซลิอาลิก ช่วยเพิ่มความสามารถของอนุภาคในการจับกับเซลล์ที่ไวต่อการติดเชื้อ และลดการติดเชื้อไวรัส SARS-CoV-2 ในเซลล์ได้

ที่มาและความสำคัญ

โรคโควิด-19 เกิดจากไวรัสที่ชื่อว่า SARS-CoV-2 ซึ่งไวรัสนี้มีหนามเล็ก ๆ บนผิวของมัน เรียกว่า “โปรตีนหนาม” ซึ่งใช้ในการจับกับโปรตีนชนิดหนึ่งบนเซลล์ของมนุษย์ที่เรียกว่า ACE2 โดยเฉพาะในปอด เมื่อไวรัสจับกับ ACE2 ได้แล้ว มันก็สามารถเข้าไปในเซลล์และเริ่มการติดเชื้อได้ นักวิทยาศาสตร์พบว่า น้ำตาลชนิดหนึ่งที่เรียกว่า กรดไซลิอาลิก ซึ่งอยู่บนผิวไวรัสและบนเซลล์มนุษย์ มีบทบาทสำคัญในการช่วยให้ไวรัสจับและติดเซลล์ได้ง่ายขึ้น เหมือนเป็น “ที่จับเสริม” ให้ไวรัสก่อนที่มันจะเกาะแน่นกับ ACE2 เพื่อต่อสู้กับไวรัสนี้ นักวิจัยจึงพยายามหาวิธีขัดขวางการทำงานของน้ำตาลเหล่านี้ เช่น บางวัคซีนเล็งเป้าไปที่จุดน้ำตาลบนโปรตีนหนามซึ่งระบบภูมิคุ้มกันมองเห็นได้ง่าย หรือใช้โปรตีนธรรมชาติที่เรียกว่า “เลคติน” ซึ่งสามารถจับกับน้ำตาลและป้องกันไม่ให้ไวรัสเกาะกับเซลล์มนุษย์ได้ อย่างไรก็ตาม การใช้เลคตินในมนุษย์ยังมีข้อจำกัด เพราะน้ำตาลในร่างกายมนุษย์มีหลากหลายชนิด

ในงานวิจัยนี้ เราได้สร้างอนุภาคเลียนแบบไวรัส (เรียกว่า VLP) ซึ่งมีรูปร่างคล้ายไวรัสจริงแต่ไม่มีสารพันธุกรรม จึงไม่สามารถก่อโรคได้ โดยใช้ไวรัสจากกุ้งก้ามกรามที่ไม่ติดต่อสู่มนุษย์ แล้วเปลี่ยนส่วนหนึ่งของเปลือกไวรัสให้เป็นส่วนที่สามารถจับกับกรดไซลิอาลิกได้ดี ซึ่งได้มาจากเลคตินชนิดหนึ่งชื่อ SNA-I จากการสร้างอนุภาคลูกผสมนี้ขึ้นมาพบว่า อนุภาคใหม่นี้สามารถจับกับเซลล์มนุษย์ที่มี ACE2 ได้ดี และยังช่วยลดการติดเชื้อของไวรัสโควิดแบบจำลองได้อีกด้วย ผลลัพธ์นี้แสดงให้เห็นว่าอนุภาคเหล่านี้อาจช่วยป้องกันไวรัสโควิดไม่ให้เข้ามาในเซลล์ และอาจนำไปพัฒนาต่อยอดเป็นการรักษาหรือป้องกันในอนาคตได้ เพราะผลิตง่าย ราคาถูก และมีความเสถียรสูง

Abstract

SARS-CoV-2, the cause of COVID-19, primarily targets lung tissue, leading to pneumonia and lung injury. The spike protein of this virus binds to the common receptor on susceptible tissues and cells called the angiotensin-converting enzyme-2 (ACE2) of the angiotensin (ANG) system. In this study, we produced chimeric Macrobrachium rosenbergii nodavirus virus-like particles, presenting a short peptide ligand (ACE2tp), based on angiotensin-II (ANG II), on their outer surfaces to allow them to specifically bind to ACE2-overexpressing cells called ACE2tp-MrNV-VLPs. Replacing the ACE2tp at the protruding domains (P-domain) of the MrNV capsid proteins did not affect their normal assembly into icosahedral VLPs. The presentation of the ACE2tp on the P-domains significantly improved the binding and internalization of ACE2tp-MrNV-VLPs to hACE2-overexpressing HEK293T cells in a concentration-dependent manner. Furthermore, ACE2tp-MrNV-VLPs exhibited the ability to block the binding and infection of SARS-CoV-2 pseudovirus variants, including Wuhan, BA.2 Omicron, and Delta subtypes. Our results suggest that chimeric ACE2tp-MrNV-VLPs can serve as a blocking agent against various SARS-CoV-2 mutated variants and could also potentially serve as target-specific nano-containers to carry therapeutic agents to combat SARS-CoV-2 infections in the future.

KEYWORDS: Virus-like particles (VLPs), Macrobrachium rosenbergii, nodavirus (MrNV), Nanotechnology, Genetic modification

Citation: Boonkua, S., Thongsum, O., Chantunmapitak, R. et al. Replacing protruding domains of MrNV virus-like particles with sialic acid binding domains enhances binding to SARS-CoV-2 susceptible cells and reduces pseudovirus infection. Sci Rep15, 25200 (2025). https://doi.org/10.1038/s41598-025-10792-7

RELATED SDGs:

3. GOOD HEALTH AND WELL-BEING

ผู้ให้ข้อมูล: ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร.มนสิชา สมฤทธิ์
ชื่ออาจารย์ที่ทำวิจัย: รองศาสตราจารย์ ดร.สมลักษณ์ อสุวพงษ์พัฒนา, รองศาสตราจารย์ ดร.วัฒนา วีรชาติยานุกูล, ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร.มนสิชา สมฤทธิ์
ชื่อนักศึกษาที่ทำวิจัย: Supawich Boonkua, Orawan Thongsum, Rueangtip Chantunmapitak, Purimpuch Soongnart, Somkid Jaranathummakul
แหล่งทุนวิจัย: สำนักงานการวิจัยแห่งชาติ (วช.) ทุนอุดหนุนการวิจัยโครงการปริญญาเอก กาญจนาภิเษก (คปก.) ประจำปีงบประมาณ ๒๕๖๕
Credit ภาพ: ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร.มนสิชา สมฤทธิ์
Webmaster: ว่าที่ ร.อ. นเรศ จันทรังสิกุล

งานวิจัยนี้แสดงให้เห็นว่าโปรตีน MrNPC2 มีบทบาทในการลดคอเลสเตอรอลที่เยื่อหุ้มเซลล์อสุจิกุ้งก้ามกราม ส่งผลให้อสุจิมีความสามารถในการปฏิสนธิเพิ่มขึ้น โดยแสดงลักษณะทางชีวเคมีที่บ่งชี้ถึงความพร้อม เช่น การฟอสโฟรีเลตของไทโรซีนและการตอบสนองต่อการกระตุ้น acrosome reaction.

ชื่องานวิจัย ภาษาไทย

บทบาทของโปรตีนจับไขมัน Niemann-Pick ชนิดที่ C-2 ในการเสริมสมรรถภาพการทำงานของอสุจิกุ้ง

ที่มาและความสำคัญ

การปฏิสนธิของสัตว์นำ้เศรษฐกิจยังพบว่าอัตราการปฏิสนธิตามธรรมชาติยังมีอัตราการสูญเสียของไข่ที่ไม่ได้รับการผสม ทีมวิจัยจึงศึกษากระบวนการปฏิสนธิในสัตว์น้ำเศรษฐกิจเพื่อเป็นพื้นฐานของการเหนี่ยวนำการปฏิสนธิ โดยศึกษาโปรตีนที่เกี่ยวข้องกับการทำให้เซลล์อสุจิเกิด maturation เพื่อนำไปสู่ fertilization ที่สมบูรณ์

Abstract

Sperm activation occurring in both male and female reproductive tract involves a highly complex series of biomolecular dynamics, particularly on membrane lipids and proteins. In mammals, the universal anticipation in cholesterol (CHO) sequestration plays a role in mammalian sperm maturation/capacitation, subsequently enhancing sperm fertilizing ability. In shrimp, we have previously shown that the level of cholesterol (CHO) is significantly reduced in vas deferens sperm when compared with sperm in the testes, presumably due to the sequestering action of the lipid-binding protein, one of which is Niemann-Pick Type C-2 (NPC2). Here, we used recombinant MrNPC2 protein to treat testicular sperm (Tsp) and quantitatively compared the amount of CHO with non-treated or 2-OH-β-CD treated sperm. HPTLC of the extracted lipids from Macrobrachium rosenbergii sperm revealed the presence of major phospholipids and CHO. Tsp treated with 2-OH-β-CD or MrNPC2 showed lower CHO levels, which was comparable to that of the vas deferens sperm as verified by the Amplex Red assay. Finally, the enhanced levels of protein tyrosine phosphorylation and ionophore-induced AR levels in the MrNPC2 treated Tsp significantly increased in a concentration-dependent manner, similar to that of the Vsp sperm. Altogether, our results indicated the importance of MrNPC2 as CHO moderator in sperm membrane, leading to an enhancement in sperm fertilizing ability.

KEYWORDS: MrNPC2, Macrobrachium rosenbergii, Sperm maturation, Capacitation, Cholesterol

Citation: Khongkha T, Rattanadechakul A, Surinlert P, Thongsum O, Boonkua S, Kongmanas K, Somrit M, Weerachatyanukul W, Asuvapongpatana S*. Role of lipid binding protein, Niemann pick type C-2, in enhancing shrimp sperm physiological function. Heliyon 2025, 11(1), e41341. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2024.e41341

RELATED SDGs:

14. LIFE BELOW WATER

2. ZERO HUNGER

ผู้ให้ข้อมูล: รองศาสตราจารย์ ดร.สมลักษณ์ อสุวพงษ์พัฒนา
ชื่ออาจารย์ที่ทำวิจัย: รองศาสตราจารย์ ดร.วัฒนา วีรชาติยานุกูล รองศาสตราจารย์ ดร.สมลักษณ์ อสุวพงษ์พัฒนา ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร.มนสิชา สมฤทธิ์
ชื่อนักศึกษาที่ทำวิจัย: Thitiporn Khongkha, Alyssa Rattanadechakul, Orawan Thongsum, Supawich Boonkua
แหล่งทุนวิจัย: This research project has been funded by Mahidol University, Thailand (Fundamental Fund: fiscal year 2024 by National Science Research and Innovation Fund (NSRF)) (#FF-070/2567 to SA).
Credit ภาพถ่าย: รองศาสตราจารย์ ดร.สมลักษณ์ อสุวพงษ์พัฒนา รองศาสตราจารย์ ดร.วัฒนา วีรชาติยานุกูล
Webmaster: ว่าที่ ร.อ. นเรศ จันทรังสิกุล

การศึกษาลักษณะและการเปลี่ยนแปลงทางกายวิภาค สัณฐานวิทยา และเนื้อเยื่อวิทยาของระบบทางเดินอาหาร ในช่วงการพัฒนาของรังไข่ของกุ้งก้ามกรามเพศเมีย

Highlight:

ในการศึกษาครั้งนี้ คณะผู้วิจัยได้ทำการศึกษาลักษณะและการเปลี่ยนแปลงทางกายวิภาค สัณฐานวิทยา และเนื้อเยื่อวิทยา ของระบบทางเดินอาหารส่วน foregut (FG), midgut (MG), and hindgut (HG) ของกุ้งก้ามกรามเพศเมีย Macrobrachium rosenbergii ในช่วงการพัฒนาของรังไข่ ในส่วนของ FG ประกอบไปด้วย หลอดอาหาร (esophagus, ESO), cardia (CD), `และ pylorus (PY) ซึ่งมีลักษณะ epithelium (Ep) บุด้วยชั้น cuticle (Cu) ซึ่งหนา และมีต่อม (ESO glands) อยู่บริเวณนี้  ส่วน CD มีกล้ามเนื้อที่หนา และบริเวณ PY นั้นมีชั้นกล้ามเนื้อ inner longitudinal (LM) และ the outer circular (CM) รวมทั้งพบ villi จำนวนมาก ในส่วนของ MG จะไม่พบ cuticle แต่จะพบ microvilli และ subapical vacuoles บริเวณ apical surface ของเซลล์บุผิว ส่วนชั้นนอกสุด ของ MG จะพบ a dense strip ของ elastic fibers และกลุ่มของ collagen fibers รวมตัวกันอยู่ ในส่วนของ HG ประกอบด้วยชั้น cuticle บางกว่า FG และจะพบ HG glands คล้าย rosette-like structure ใน HG นั้น ประกอบด้วย CM และ the LM fibers นอกจากนี้ reactivity เมื่อทำการย้อมสีด้วย Periodic Acid Schiff/Alcian และการแสดงออกของ mucin พบว่า มีการเปลี่ยนแปลงไปตามระยะการพัฒนาของรังไข่ ซึ่งจากผลการวิจัยนี้ ได้ให้องค์ความรู้พื้นฐานใหม่ที่สำคัญอย่างมากในส่วนของลักษณะทางกายวิภาคและเนื้อเยื่อวิทยา ของระบบทางเดินอาหารในช่วงการพัฒนาของรังไข่ ของกุ้งก้ามกรามเพศเมีย M. rosenbergii ซึ่งสามารถนำองค์ความรู้ที่ได้นี้ไปประยุกต์ใช้ ในการพัฒนาการกินอาหารและการพัฒนาของรังไข่ในการเพาะเลี้ยงกุ้งก้ามกรามเพศเมีย ได้ในอนาคต

ที่มาและความสำคัญ

Basic understanding of the anatomy and physiology of the digestive system in decapod crustaceans is essential for comprehending the nutrition uptake and processing of this prawn M. rosenbergii species, and other decapod species. This will help to further develop aquaculture for this prawn species. However, the detailed morphological, histological, and histochemical characteristics of the FG, MG, and HG of the female prawn, M. rosenbergii during the ovarian cycle have not yet been investigated. Thus, we question whether there are morphological and histochemical changes in digestive organs that may be related to the ovarian maturation cycle in this female M. rosenbergii. These changes may reflect the functional connection between feeding and nutritional processing by the digestive tract which may serve ovarian maturation in this crustacean species.

Abstract

The anatomical, histological, and histochemical characteristics of the foregut (FG), midgut (MG), and hindgut (HG), as well as their alterations during the ovarian cycle in female prawns, Macrobrachium rosenbergii, were investigated. The esophagus (ESO), cardia (CD), and pylorus (PY) are the main components of the FG. An epithelium (Ep) with thick cuticle (Cu) layers lining the ESO, and the ESO is encircled by the ESO glands. The CD has a thick musculature, whereas the Ep of the PY are characterized by numerous villi and columnar Ep cells with a thinner layer of Cu. The inner longitudinal (LM) and the outer circular (CM) muscles were both present in the PY. The MG is lined by Ep cells which are connected to the basement membrane, and it lacks Cu. Microvilli, and subapical vacuoles are visible on the apical surface of Ep cells of the MG. The outermost layer is characterized by a dense strip of elastic fibers and a cluster of collagen fibers. The HG has the Ep cells with a thin Cu layer, and the HG glands form a rosette-like structure. The HG is surrounded by the CM and the LM fibers. The reactivities of Periodic Acid Schiff and Alcian Blue in these digestive organs altered throughout the ovarian cycle, and this was supported by the increased expression of mucin levels as ovarian maturation progressed. Our results offer novel and significant insights into the anatomical and histochemical structures of these digestive organs, and demonstrate a significant correlation between ovarian development and feeding in the female prawn, M. rosenbergii.

Keywords: Macrobrachium rosenbergii, Digestive organs, Histochemical structures, Ovarian development, Giant freshwater prawn, Ovarian cycle

Citation: Vetkama W, Tinikul R, Sobhon P, Tinikul Y. (2025) Morphological and histochemical characteristics of the foregut, midgut, and hindgut, and their alterations during ovarian development in female freshwater prawn, Macrobrachium rosenbergii. Cell and Tissue Research. 399(3):351-375. https://doi.org/10.1007/s00441-024-03948-w.

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) Fundamental Fund: fiscal year 2024 by National Science Research and Innovation Fund (NSRF))
4) NSRF via the Program Management Unit for Human Resources & Institutional Development, Research and Innovation
Credit ภาพถ่าย: รองศาสตราจารย์ ดร.ยสวันต์ ตินิกุล และ นางสาววรินทิพย์ เวชกามา

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.

การศึกษาการแสดงออกและการออกฤทธิ์ ของ neuropeptide F ต่อการเจริญของตัวอ่อนในกุ้งก้ามกราม Macrobrachium rosenbergii

Highlight:
คณะผู้วิจัยได้พบองค์ความรู้พื้นฐานใหม่ที่สำคัญคือ MrNPF expression levels เพิ่มจากตัวอ่อนระยะแรก ไปยังตัวอ่อนระยะสุดท้าย early to late embryonic stages MrNPF peptide กระตุ้นการพัฒนาของตัวอ่อนให้เร็ว เพิ่มเปอร์เซ็นต์ของ fertilized eggs เพิ่มจำนวน proliferative cells และยังพบว่า MrNPF-treated embryos ยังคงแสดงลักษณะปกติเมื่อเทียบกับกลุ่มควบคุม ซึ่งผลการวิจัยที่ได้นี้ให้องค์ความรู้พื้นฐานที่สำคัญเกี่ยวกับบทบาทใหม่ของ MrNPF ในการพัฒนาตัวอ่อนของกุ้งก้ามกราม และอาจจะนำไปประยุกต์ใช้ในการช่วยเพิ่มการผลิต offspring สำหรับสัตว์ครัสเตเชียนเศรษฐกิจชนิดนี้ได้ในอนาคต

ที่มาและความสำคัญ
In some aquaculture practices, female broodstocks have their eyestalk ablated to stimulate ovarian maturation and spawning. However, this technique causes endocrine disruptions, which eventually lead to permanent damage and death of adult females, and subsequently have negative impacts on offspring quantity and quality, including ethical problems regarding animal rights and usage (Benzie 1998; New, 2002; Nagaraju, 2011). To meet the market demands of commercial production of this crustacean species, it is of great importance to gain knowledge on factors that control and promote embryonic development and their possible actions, which could be applied in solving prawn aquaculture problems by increasing the mass production of high-quality offspring of economic crustacean species by aquaculture. To our current knowledge, there is still a lack of important information on the presence of MrNPF in the embryonic stages of M. rosenbergii and its important role during the embryogenesis of this crustacean species. Understanding how MrNPF regulates embryonic development may help enhance the production of embryos and larvae of this M. rosenbergii, and this neuropeptide could be useful to promote the high quantity and quality of offspring in this important crustacean species by aquaculture.

Abstract 
In the present study, we examined differential expression of Macrobrachium rosenbergii neuropeptide F (MrNPF) transcripts, and studied the presence of MrNPF during embryonic stages. We further investigated the effect for MrNPF on embryonic development of M. rosenbergii. By using RT-qPCR, the MrNPF mRNA levels showed a gradual increase from the early embryonic stages to the late embryonic stages. This coincides with initial expression of MrNPF immunoreactivity (MrNPF-ir) in the early embryonic stages and later strong MrNPF-ir in the late embryonic stages. Treating with MrNPF at doses of 10⁻⁶ and 10⁻⁷ mol/prawn into the female prawns significantly shortened the lengths of embryonic periods, exhibited faster attainment of each embryonic stage, and increased the number of proliferative cells, compared with the control groups (P < 0.05). In addition, the percent of fertilization was higher in the MrNPF-treated group at a dose of 10⁻⁶ mol/prawn, compared with the control groups (P < 0.05). The mean egg size of MrNPF-treated groups at doses of 10⁻⁶ and 10⁻⁷ mol/prawn also was slightly larger than that of the control groups. Following treatment with three doses of MrNPF, developing embryos also showed normal development in terms of eye pigmentation and differentiation, appearance of a beating heart, appearance of oily yolk, formation of the abdomen, and folding of the telson. Taken together, our results provide new insight into the potential role of MrNPF in the embryonic development of M. rosenbergii

Keywords: Neuropeptide F, Embryonic development, Embryos,
Freshwater prawn, Macrobrachium rosenbergii, Aquaculture

Citation:
Tinikul Y, Tinikul R, Poljaroen P, Sobhon P. (2022) Differential expression of neuropeptide F during embryogenesis, and its promoting effect on embryonic development of freshwater prawn, Macrobrachium rosenbergii. Aquaculture. 555C, 738260.
https://doi.org/10.1016/j.aquaculture.2022.738260

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

Abstract

The Macrobrachium rosenbergii nodavirus (MrNV), the causative agent of white-tail disease (WTD) in many species of shrimp and prawn, has been shown to infect hemocytes and tissues such as the gills and muscles. However, little is known about the host surface molecules to which MrNV attach to initiate infection. Therefore, the present study investigated the role of glycans as binding molecules for virus attachment in susceptible tissues such as the gills. We established that MrNV in their viruslike particle (MrNV-VLP) form exhibited strong binding to gill tissues and lysates, which was highly reduced by the glycan-reducing periodate and PNGase F. The broad, fucose-binding Aleuria Aurantia lectin (AAL) highly reduced MrNV-VLPs binding to gill tissue sections and lysates, and efficiently disrupted the specific interactions between the VLPs and gill glycoproteins. Furthermore, mass spectroscopy revealed the existence of unique fucosylated LacdiNAc-extended N-linked and O-linked glycans in the gill tissues, whereas beta-elimination experiments showed that MrNV-VLPs demonstrated a binding preference for N-glycans. Therefore, the results from this study highly suggested that MrNV-VLPs preferentially attach to fucosylated N-glycans in the susceptible gill tissues, and these findings could lead to the development of strategies that target virus-host surface glycan interactions to reduce MrNV infections

KEYWORDS: fucosylation, glycans, Macrobrachium rosenbergii, nodavirus, virus-like particles

Citation: Somrit M, Yu S-Y, Le Pendu J, et al.Macrobrachium rosenbergii nodavirus virus-like particles attachto fucosylated glycans in the gills of the giant freshwaterprawn. Cellular Microbiology. 2020;22:e13258. https://doi.org/10.1111/cmi.13258

RELATED SDGs: 2. ZERO HUNGER

ผู้ให้ข้อมูล: อาจารย์ ดร.มนสิชา สมฤทธิ์
ชื่ออาจารย์ที่ทำวิจัย: รองศาสตราจารย์ ดร.วัฒนา วีรชาติยานุกูล, อาจารย์ ดร.มนสิชา สมฤทธิ์
แหล่งทุนวิจัย: Thailand Research Fund, Grant/ Award Number: MRG6180055-Monsicha Somrit, Research Support Grant of the Faculty of Science, Mahidol University, Srinakharinwirot University research grant: 4, Grant/Award Number: 93/2559; Srinakharinwirot University government grant: 013/2561,Franco-Thai Junior Fellowship 2018-2019,