Det er generelt tre store flaskehalser som forhindrer en effektiv utvikling og kultivering av marine fiskearter, nemlig bedret kvalitet på juvenile fisk, bedret sykdomskontroll, samt problemer knyttet til kontroll av kjønnsmodning og pubertet. I dette prosjektet skal jeg studere grunnleggende mekanismer som styrer kjønnsmodning og pubertet. Gjennom puberteten vil økt aktivitet i hjerne-hypofyse-gonade-aksen være bestemmende for overgangen fra juvenil til voksen. Fra hjernen styres kjønnsmodningen via signalmolekylet Gnrh, som igjen stimulerer produksjon og frigjøring av peptidhormonene Fsh og Lh. Disse to hormonene produseres i hypofysen og er ansvarlig for å kontrollere ulike faser av egg- og spermproduksjon. Ernæringsstatus og eksterne miljøfaktorer som temperatur og daglengde bidrar i reguleringen og finjusteringen av kjønnsmodningen. Spesielt på nordlige (og sørlige) breddegrader hvor det er stor variasjon i dag- og natt- syklusene gjennom året spiller lys en viktig rolle. Melatonin er det hormonet som oversetter dag- og nattsyklus til indre fysiologiske prosesser. Under mørke stimuleres hjernen til å produsere melatonin. Når fotosensitive celler i øyet, og hos fisk også pinealkjertelen lokalisert helt opp under skalletaket, blir stimulert av lys vil melatoninnivået igjen senkes. Avhengig av hvilke melatoninreseptor en celle har kan melatonin både virke stimulerende og inhiberende. I dag benyttes blant annet lys til å utsett kjønnsmodning hos ulike fiskearter. På bakgrunn av dette ønsker jeg å se nærmere på hvordan melatonin sammen med frigjøringshormonet Gnrh påvirker produksjon og frigjøring av Fsh og Lh fra hypofysen. Felles for celler som lagrer peptidhormoner er at de benytter kalsium for å frigjør hormonet ut i blodbanen. Hvordan cellen regulerer dette kalsiumsignalet spiller en avgjørende rolle for hormonutskillelsen, og dermed kjønnsmodningsprosessen. Cellene kan reguler kalsiumnivået sitt ved å regulere den elektriske aktiviteten over cellemembranen. I mine studier har jeg funnet at den elektriske aktiviteten til disse to cellene som produserer og frigjør Fsh og Lh variere gjennom døgnet. Spesielt har jeg sett at Lh produserende celler har høyest aktivitet midt på dagen, i tiden der Lh frigjøring er kjent for å være på sitt maksimum. I tillegg har jeg funnet at de Lh produserende cellen responderer ulikt på Gnrh gjennom døgnet. Ved å tilsett melatonin kunne jeg redusere den elektriske responsen på Gnrh og gjenskape responsen som er observert om natten og tidlig morgen. Videre studier vil være viktig for å finne årsakene til hvordan melatonin reduserer aktiviteten til Lh produserende celler.
Improved control of sexual maturation is essential for further development of intensive fish farming, both in terms of precocious maturation in the production line, and timing of ovulation in the brood stock.
This project aims to generate novel knowledge to face the future demands of efficient aquaculture by elucidating molecular mechanisms behind sexual maturation. In particular, the project will investigate how ion channels controlling excitability and hormone release in Fsh- and Lh- producing cells are regulated by melatonin. Melatonin serves as a mediator of environmental cues (mostly photoperiod and temperature) to endogenous signals that regulate the HPG-axis.
In mammals there is a direct effect of melatonin on gonadotrope cells, with melatonin binding leading to inhibition of Gnrh-induced release of luteinizing hormone. Single-cell Ca2+ and electrophysiological recordings revealed a reduction in gonadotropin release due to melatonin induced inhibition of calcium channels and intracellular signaling. It is not clear if melatonin can act as a direct regulator on gonadotrope cells in fish, as it does in mammals. Moreover, the mechanism for melatonin effects on mammalian gonadotrope cells currently is not known.
In this project, I will test the hypotheses that melatonin directly regulates gonadotrope cells, and whether this would be exerted through regulation of specific ion channels.
If we are able to dissect the response of melatonin directly on gonadotropes and understand how this is modulated through development we hope that this can lead to target specific treatments to reduce the incidence of precocious puberty in farmed fish.