The molecular physiology of aquaporin-related cataract in farmed Atlantic salmon

Den eksperimentelle delen av transcromic studiet av linser fra diploid og triploid laks med varierende grad av katarakt var fullført. Total RNA ble ekstrahert og delt opp i 18 grupper som består av 9 pools av diploider og 9 pools av triploids med alvorlig, mild eller ingen katarakt. Forberedelsen av cDNA sekvensering biblioteker og sekvensering ble utført av Norsk Sequencing Centre (NSC, Oslo, Norge) ved hjelp av Illumina TruSeq RNA Sample Preparation Kit (Illumina Inc., San Diego, USA). RNA-Seq data ble kartlagt til nyeste laks referanse genom (Lien et al 2016) ved hjelp av Burrows-Wheeler aligner (Li og Durbin 2009). Foreløpige analyser av data ved hjelp av KEGG avdekket et høyt antall differensiel regulert stoffskifte. Kataraktisk linsene viste et høyt antall differensielt uttrykte gener i stoffveier forbundet med fokal adhesjon, endocytose, MAPK signalisering, og protein behandling i endoplasmatisk retikulum. Analyser av de store data settene vil fortsette i fremtiden. I tillegg til de transcriptomic studiene, ble kvantitative analyser av de fire Aqp0 kanaler i linser av diploid og triploid laks med varierende nivåer av katarakt fullført. Densitometrisk analyse av Western blot ved å bruke affinitetsrenset antisera mot laksen Aqp0 kanaler bekreftet at den tidligere observerte nedregulering av aqp0 RNA oppstår også på proteinnivå. Det er dermed mulig å konkludere med at Aqp0 kanaler er relatert til katarakt hos laks, men det er fortsatt uklart om de er knyttet til årsak eller virkning. Til slutt, klebende egenskaper av de fire lakse Aqp0 kanaler ble undersøkt ved å uttrykker hver i klebemangelfull mus fibroblast celler. Disse forsøkene viste at lakse kanalene er i stand til å danne celle-til-celle veikryss ved å holde samme paralog. Disse dataene var de første til å vise vedheft potensialet Aqp0 kanaler i en ikke-pattedyr virveldyr, og avdekke en helt ny rolle for kanalene utenfor linsene under virveldyr utvikling.

Cataracts represent an occluding of the eye lens due to aggregation of soluble proteins with the result that light is scattered or absorbed and vision is either partially or completely impaired. The disease occurs in all vertebrates and is a leading cause of blindness in humans. In farmed Atlantic salmon, the prevalence of cataract is considered to be unethically high for fish welfare, and can exceed 90% in triploid fish causing poor growth performance, higher risk for infection, and increased mortality. As a result, direct costs associated with the disease are high and a major problem for the aquaculture industry. Previous studies on Atlantic salmon have shown that low dietary histidine affects cataract formation, and gene expression and performance of l enses to osmotic challenges. However, the molecular basis of cataract formation remains poorly understood. The present project aims to acquire this basic knowledge. Studies on mammals and zebrafish have revealed that regulatory dysfunctions of a subclass of molecular water channels (aquaporin-0, AQP0) are directly related to the aetiology of cataract. In a pilot experiment, we found that gene dosage increased the expression of three Aqp0 paralogues (aqp0a1, -0a2, and -0b) in the lens of triploid Atlantic salmon when compared to diploid fish, yet the expression of some of these paralogues appears to be down-regulated in triploid fish with cataract. In addition, we identified three point-mutations in the aqp0b paralogue that could be involved in the aetiol ogy of cataract. This project therefore aims to provide an in-depth assessment of the physiological roles of aqp0 genes during cataractogenesis in Atlantic salmon, through genomic, SNP mutant, transcriptomic and functional approaches, with the goal of ide ntifying Aqp0-related genetic markers for the selection of fish with high resistance to cataract formation.