1
|
Pereira PDC, Henrique EP, da Costa ER, Falcão ADJ, de Melo MAD, Schneider MPC, Burbano RMR, Diniz DG, Magalhães NGDM, Sherry DF, Diniz CWP, Guerreiro-Diniz C. Molecular Changes in the Brain of the Wintering Calidris pusilla in the Mangroves of the Amazon River Estuary. Int J Mol Sci 2023; 24:12712. [PMID: 37628893 PMCID: PMC10454129 DOI: 10.3390/ijms241612712] [Citation(s) in RCA: 0] [Impact Index Per Article: 0] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Key Words] [MESH Headings] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 06/30/2023] [Revised: 07/30/2023] [Accepted: 08/01/2023] [Indexed: 08/27/2023] Open
Abstract
Migrant birds prepare differently to fly north for breeding in the spring and for the flight to lower latitudes during autumn, avoiding the cold and food shortages of the Northern Hemisphere's harsh winter. The molecular events associated with these fundamental stages in the life history of migrants include the differential gene expression in different tissues. Semipalmated sandpipers (Calidris pusilla) are Arctic-breeding shorebirds that migrate to the coast of South America during the non-breeding season. In a previous study, we demonstrated that between the beginning and the end of the wintering period, substantial glial changes and neurogenesis occur in the brain of C. pusilla. These changes follow the epic journey of the autumn migration when a 5-day non-stop transatlantic flight towards the coast of South America and the subsequent preparation for the long-distance flight of the spring migration takes place. Here, we tested the hypothesis that the differential gene expressions observed in the brains of individuals captured in the autumn and spring windows are consistent with the previously described cellular changes. We searched for differential gene expressions in the brain of the semipalmated sandpiper, of recently arrived birds (RA) from the autumnal migration, and that of individuals in the premigratory period (PM) in the spring. All individuals were collected in the tropical coastal of northern Brazil in the mangrove region of the Amazon River estuary. We generated a de novo neurotranscriptome for C. pusilla individuals and compared the gene expressions across libraries. To that end, we mapped an RNA-Seq that reads to the C. pusilla neurotranscriptome in four brain samples of each group and found that the differential gene expressions in newly arrived and premigratory birds were related with neurogenesis, metabolic pathways (ketone body biosynthetic and the catabolic and lipid biosynthetic processes), and glial changes (astrocyte-dopaminergic neuron signaling, astrocyte differentiation, astrocyte cell migration, and astrocyte activation involved in immune response), as well as genes related to the immune response to virus infections (Type I Interferons), inflammatory cytokines (IL-6, IL-1β, TNF, and NF-κB), NLRP3 inflammasome, anti-inflammatory cytokines (IL-10), and cell death pathways (pyroptosis- and caspase-related changes).
Collapse
Affiliation(s)
- Patrick Douglas Corrêa Pereira
- Laboratório de Biologia Molecular e Neuroecologia, Campus Bragança, Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Pará, Bragança 68600-000, PA, Brazil; (P.D.C.P.)
| | - Ediely Pereira Henrique
- Laboratório de Biologia Molecular e Neuroecologia, Campus Bragança, Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Pará, Bragança 68600-000, PA, Brazil; (P.D.C.P.)
| | - Emanuel Ramos da Costa
- Laboratório de Biologia Molecular e Neuroecologia, Campus Bragança, Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Pará, Bragança 68600-000, PA, Brazil; (P.D.C.P.)
| | - Anderson de Jesus Falcão
- Laboratório de Biologia Molecular e Neuroecologia, Campus Bragança, Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Pará, Bragança 68600-000, PA, Brazil; (P.D.C.P.)
| | - Mauro André Damasceno de Melo
- Laboratório de Biologia Molecular e Neuroecologia, Campus Bragança, Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Pará, Bragança 68600-000, PA, Brazil; (P.D.C.P.)
| | | | | | - Daniel Guerreiro Diniz
- Laboratório de Investigações em Neurodegeneração e Infecção, Hospital Universitário João de Barros Barreto, Instituto de Ciências Biológicas, Universidade Federal do Pará, Belém 66075-110, PA, Brazil
- Laboratório de Microscopia Eletrônica, Seção de Hepatologia, Instituto Evandro Chagas, Belém 66093-020, PA, Brazil
| | - Nara Gyzely de Morais Magalhães
- Laboratório de Biologia Molecular e Neuroecologia, Campus Bragança, Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Pará, Bragança 68600-000, PA, Brazil; (P.D.C.P.)
| | - David Francis Sherry
- Department of Psychology, Advanced Facility for Avian Research, University of Western Ontario, London, ON N6G 1G9, Canada
| | - Cristovam Wanderley Picanço Diniz
- Laboratório de Investigações em Neurodegeneração e Infecção, Hospital Universitário João de Barros Barreto, Instituto de Ciências Biológicas, Universidade Federal do Pará, Belém 66075-110, PA, Brazil
| | - Cristovam Guerreiro-Diniz
- Laboratório de Biologia Molecular e Neuroecologia, Campus Bragança, Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Pará, Bragança 68600-000, PA, Brazil; (P.D.C.P.)
| |
Collapse
|
2
|
de Almeida Miranda D, Araripe J, de Morais Magalhães NG, de Siqueira LS, de Abreu CC, Pereira PDC, Henrique EP, da Silva Chira PAC, de Melo MAD, do Rêgo PS, Diniz DG, Sherry DF, Diniz CWP, Guerreiro-Diniz C. Shorebirds' Longer Migratory Distances Are Associated With Larger ADCYAP1 Microsatellites and Greater Morphological Complexity of Hippocampal Astrocytes. Front Psychol 2022; 12:784372. [PMID: 35185684 PMCID: PMC8855117 DOI: 10.3389/fpsyg.2021.784372] [Citation(s) in RCA: 3] [Impact Index Per Article: 1.5] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Key Words] [Track Full Text] [Download PDF] [Figures] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 09/27/2021] [Accepted: 12/29/2021] [Indexed: 12/12/2022] Open
Abstract
For the epic journey of autumn migration, long-distance migratory birds use innate and learned information and follow strict schedules imposed by genetic and epigenetic mechanisms, the details of which remain largely unknown. In addition, bird migration requires integrated action of different multisensory systems for learning and memory, and the hippocampus appears to be the integration center for this task. In previous studies we found that contrasting long-distance migratory flights differentially affected the morphological complexity of two types of hippocampus astrocytes. Recently, a significant association was found between the latitude of the reproductive site and the size of the ADCYAP1 allele in long distance migratory birds. We tested for correlations between astrocyte morphological complexity, migratory distances, and size of the ADCYAP1 allele in three long-distance migrant species of shorebird and one non-migrant. Significant differences among species were found in the number and morphological complexity of the astrocytes, as well as in the size of the microsatellites of the ADCYAP1 gene. We found significant associations between the size of the ADCYAP1 microsatellites, the migratory distances, and the degree of morphological complexity of the astrocytes. We suggest that associations between astrocyte number and morphological complexity, ADCYAP1 microsatellite size, and migratory behavior may be part of the adaptive response to the migratory process of shorebirds.
Collapse
Affiliation(s)
- Diego de Almeida Miranda
- Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia do Pará, Campus Bragança, Laboratório de Biologia Molecular e Neuroecologia, Bragança, Brazil.,Laboratório de Genética e Conservação, Instituto de Estudos Costeiros (IECOS), Universidade Federal do Pará, Bragança, Brazil
| | - Juliana Araripe
- Laboratório de Genética e Conservação, Instituto de Estudos Costeiros (IECOS), Universidade Federal do Pará, Bragança, Brazil
| | - Nara G de Morais Magalhães
- Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia do Pará, Campus Bragança, Laboratório de Biologia Molecular e Neuroecologia, Bragança, Brazil
| | - Lucas Silva de Siqueira
- Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia do Pará, Campus Bragança, Laboratório de Biologia Molecular e Neuroecologia, Bragança, Brazil
| | - Cintya Castro de Abreu
- Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia do Pará, Campus Bragança, Laboratório de Biologia Molecular e Neuroecologia, Bragança, Brazil
| | - Patrick Douglas Corrêa Pereira
- Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia do Pará, Campus Bragança, Laboratório de Biologia Molecular e Neuroecologia, Bragança, Brazil
| | - Ediely Pereira Henrique
- Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia do Pará, Campus Bragança, Laboratório de Biologia Molecular e Neuroecologia, Bragança, Brazil
| | - Pedro Arthur Campos da Silva Chira
- Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia do Pará, Campus Bragança, Laboratório de Biologia Molecular e Neuroecologia, Bragança, Brazil
| | - Mauro A D de Melo
- Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia do Pará, Campus Bragança, Laboratório de Biologia Molecular e Neuroecologia, Bragança, Brazil
| | - Péricles Sena do Rêgo
- Laboratório de Genética e Conservação, Instituto de Estudos Costeiros (IECOS), Universidade Federal do Pará, Bragança, Brazil
| | - Daniel Guerreiro Diniz
- Laboratório de Investigações em Neurodegeneração e Infecção, Instituto de Ciências Biológicas, Universidade Federal do Pará, Hospital Universitário João de Barros Barreto, Belém, Brazil.,Laboratório de Microscopia Eletrônica, Instituto Evandro Chagas, Belém, Brazil
| | - David Francis Sherry
- Department of Psychology, Advanced Facility for Avian Research, University of Western Ontario, London, ON, Canada
| | - Cristovam W P Diniz
- Laboratório de Investigações em Neurodegeneração e Infecção, Instituto de Ciências Biológicas, Universidade Federal do Pará, Hospital Universitário João de Barros Barreto, Belém, Brazil
| | - Cristovam Guerreiro-Diniz
- Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia do Pará, Campus Bragança, Laboratório de Biologia Molecular e Neuroecologia, Bragança, Brazil
| |
Collapse
|
3
|
Carvalho-Paulo D, Bento Torres Neto J, Filho CS, de Oliveira TCG, de Sousa AA, dos Reis RR, dos Santos ZA, de Lima CM, de Oliveira MA, Said NM, Freitas SF, Sosthenes MCK, Gomes GF, Henrique EP, Pereira PDC, de Siqueira LS, de Melo MAD, Guerreiro Diniz C, Magalhães NGDM, Diniz JAP, Vasconcelos PFDC, Diniz DG, Anthony DC, Sherry DF, Brites D, Picanço Diniz CW. Microglial Morphology Across Distantly Related Species: Phylogenetic, Environmental and Age Influences on Microglia Reactivity and Surveillance States. Front Immunol 2021; 12:683026. [PMID: 34220831 PMCID: PMC8250867 DOI: 10.3389/fimmu.2021.683026] [Citation(s) in RCA: 5] [Impact Index Per Article: 1.7] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Key Words] [MESH Headings] [Track Full Text] [Download PDF] [Figures] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 03/19/2021] [Accepted: 05/31/2021] [Indexed: 12/16/2022] Open
Abstract
Microglial immunosurveillance of the brain parenchyma to detect local perturbations in homeostasis, in all species, results in the adoption of a spectrum of morphological changes that reflect functional adaptations. Here, we review the contribution of these changes in microglia morphology in distantly related species, in homeostatic and non-homeostatic conditions, with three principal goals (1): to review the phylogenetic influences on the morphological diversity of microglia during homeostasis (2); to explore the impact of homeostatic perturbations (Dengue virus challenge) in distantly related species (Mus musculus and Callithrix penicillata) as a proxy for the differential immune response in small and large brains; and (3) to examine the influences of environmental enrichment and aging on the plasticity of the microglial morphological response following an immunological challenge (neurotropic arbovirus infection). Our findings reveal that the differences in microglia morphology across distantly related species under homeostatic condition cannot be attributed to the phylogenetic origin of the species. However, large and small brains, under similar non-homeostatic conditions, display differential microglial morphological responses, and we argue that age and environment interact to affect the microglia morphology after an immunological challenge; in particular, mice living in an enriched environment exhibit a more efficient immune response to the virus resulting in earlier removal of the virus and earlier return to the homeostatic morphological phenotype of microglia than it is observed in sedentary mice.
Collapse
Affiliation(s)
- Dario Carvalho-Paulo
- Laboratório de Investigações em Neurodegeneração e Infecção, Instituto de Ciências Biológicas, Hospital Universitário João de Barros Barreto, Universidade Federal do Pará, Belém, Brazil
| | - João Bento Torres Neto
- Laboratório de Investigações em Neurodegeneração e Infecção, Instituto de Ciências Biológicas, Hospital Universitário João de Barros Barreto, Universidade Federal do Pará, Belém, Brazil
- Faculdade de Fisioterapia e Terapia Ocupacional, Universidade Federal do Pará, Belém, Brazil
| | - Carlos Santos Filho
- Laboratório de Investigações em Neurodegeneração e Infecção, Instituto de Ciências Biológicas, Hospital Universitário João de Barros Barreto, Universidade Federal do Pará, Belém, Brazil
| | - Thais Cristina Galdino de Oliveira
- Laboratório de Investigações em Neurodegeneração e Infecção, Instituto de Ciências Biológicas, Hospital Universitário João de Barros Barreto, Universidade Federal do Pará, Belém, Brazil
| | - Aline Andrade de Sousa
- Laboratório de Investigações em Neurodegeneração e Infecção, Instituto de Ciências Biológicas, Hospital Universitário João de Barros Barreto, Universidade Federal do Pará, Belém, Brazil
| | - Renata Rodrigues dos Reis
- Laboratório de Investigações em Neurodegeneração e Infecção, Instituto de Ciências Biológicas, Hospital Universitário João de Barros Barreto, Universidade Federal do Pará, Belém, Brazil
| | - Zaire Alves dos Santos
- Laboratório de Investigações em Neurodegeneração e Infecção, Instituto de Ciências Biológicas, Hospital Universitário João de Barros Barreto, Universidade Federal do Pará, Belém, Brazil
| | - Camila Mendes de Lima
- Laboratório de Investigações em Neurodegeneração e Infecção, Instituto de Ciências Biológicas, Hospital Universitário João de Barros Barreto, Universidade Federal do Pará, Belém, Brazil
| | - Marcus Augusto de Oliveira
- Laboratório de Investigações em Neurodegeneração e Infecção, Instituto de Ciências Biológicas, Hospital Universitário João de Barros Barreto, Universidade Federal do Pará, Belém, Brazil
| | - Nivin Mazen Said
- Laboratório de Investigações em Neurodegeneração e Infecção, Instituto de Ciências Biológicas, Hospital Universitário João de Barros Barreto, Universidade Federal do Pará, Belém, Brazil
| | - Sinara Franco Freitas
- Laboratório de Investigações em Neurodegeneração e Infecção, Instituto de Ciências Biológicas, Hospital Universitário João de Barros Barreto, Universidade Federal do Pará, Belém, Brazil
| | - Marcia Consentino Kronka Sosthenes
- Laboratório de Investigações em Neurodegeneração e Infecção, Instituto de Ciências Biológicas, Hospital Universitário João de Barros Barreto, Universidade Federal do Pará, Belém, Brazil
| | - Giovanni Freitas Gomes
- Laboratório de Investigações em Neurodegeneração e Infecção, Instituto de Ciências Biológicas, Hospital Universitário João de Barros Barreto, Universidade Federal do Pará, Belém, Brazil
| | - Ediely Pereira Henrique
- Laboratório de Biologia Molecular e Neuroecologia, Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia do Pará, Bragança, Brazil
| | - Patrick Douglas Côrrea Pereira
- Laboratório de Biologia Molecular e Neuroecologia, Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia do Pará, Bragança, Brazil
| | - Lucas Silva de Siqueira
- Laboratório de Biologia Molecular e Neuroecologia, Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia do Pará, Bragança, Brazil
| | - Mauro André Damasceno de Melo
- Laboratório de Biologia Molecular e Neuroecologia, Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia do Pará, Bragança, Brazil
| | - Cristovam Guerreiro Diniz
- Laboratório de Biologia Molecular e Neuroecologia, Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia do Pará, Bragança, Brazil
| | - Nara Gyzely de Morais Magalhães
- Laboratório de Biologia Molecular e Neuroecologia, Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia do Pará, Bragança, Brazil
| | | | - Pedro Fernando da Costa Vasconcelos
- Dep. de Arbovirologia e Febres Hemorrágicas, Instituto Evandro Chagas, Belém, Brazil
- Departamento de Patologia, Universidade do Estado do Pará, Belém, Brazil
| | - Daniel Guerreiro Diniz
- Laboratório de Investigações em Neurodegeneração e Infecção, Instituto de Ciências Biológicas, Hospital Universitário João de Barros Barreto, Universidade Federal do Pará, Belém, Brazil
- Laboratório de Microscopia Eletrônica, Instituto Evandro Chagas, Belém, Brazil
| | | | - David Francis Sherry
- Department of Psychology, Advanced Facility for Avian Research, University of Western Ontario, London, ON, Canada
| | - Dora Brites
- Research Institute for Medicines (iMed.ULisboa), Faculty of Pharmacy, Universidade de Lisboa, Lisbon, Portugal
- Department of Pharmaceutical Sciences and Medicines, Faculty of Pharmacy, Universidade de Lisboa, Lisbon, Portugal
| | - Cristovam Wanderley Picanço Diniz
- Laboratório de Investigações em Neurodegeneração e Infecção, Instituto de Ciências Biológicas, Hospital Universitário João de Barros Barreto, Universidade Federal do Pará, Belém, Brazil
| |
Collapse
|
4
|
Pereira PDC, Henrique EP, Porfírio DM, Crispim CCDS, Campos MTB, de Oliveira RM, Silva IMS, Guerreiro LCF, da Silva TWP, da Silva ADJF, Rosa JBDS, de Azevedo DLF, Lima CGC, Castro de Abreu C, Filho CS, Diniz DLWP, Magalhães NGDM, Guerreiro-Diniz C, Diniz CWP, Diniz DG. Environmental Enrichment Improved Learning and Memory, Increased Telencephalic Cell Proliferation, and Induced Differential Gene Expression in Colossoma macropomum. Front Pharmacol 2020; 11:840. [PMID: 32595498 PMCID: PMC7303308 DOI: 10.3389/fphar.2020.00840] [Citation(s) in RCA: 5] [Impact Index Per Article: 1.3] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Key Words] [Track Full Text] [Download PDF] [Figures] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 12/31/2019] [Accepted: 05/21/2020] [Indexed: 01/06/2023] Open
Abstract
Fish use spatial cognition based on allocentric cues to navigate, but little is known about how environmental enrichment (EE) affects learning and memory in correlation with hematological changes or gene expression in the fish brain. Here we investigated these questions in Colossoma macropomum (Teleostei). Fish were housed for 192 days in either EE or in an impoverished environment (IE) aquarium. EE contained toys, natural plants, and a 12-h/day water stream for voluntary exercise, whereas IE had no toys, plants, or water stream. A third plus maze aquarium was used for spatial and object recognition tests. Compared with IE, the EE fish showed greater learning rates, body length, and body weight. After behavioral tests, whole brain tissue was taken, stored in RNA-later, and then homogenized for DNA sequencing after conversion of isolated RNA. To compare read mapping and gene expression profiles across libraries for neurotranscriptome differential expression, we mapped back RNA-seq reads to the C. macropomum de novo assembled transcriptome. The results showed significant differential behavior, cell counts and gene expression in EE and IE individuals. As compared with IE, we found a greater number of cells in the telencephalon of individuals maintained in EE but no significant difference in the tectum opticum, suggesting differential plasticity in these areas. A total of 107,669 transcripts were found that ultimately yielded 64 differentially expressed transcripts between IE and EE brains. Another group of adult fish growing in aquaculture conditions were either subjected to exercise using running water flow or maintained sedentary. Flow cytometry analysis of peripheral blood showed a significantly higher density of lymphocytes, and platelets but no significant differences in erythrocytes and granulocytes. Thus, under the influence of contrasting environments, our findings showed differential changes at the behavioral, cellular, and molecular levels. We propose that the differential expression of selected transcripts, number of telencephalic cell counts, learning and memory performance, and selective hematological cell changes may be part of Teleostei adaptive physiological responses triggered by EE visuospatial and somatomotor stimulation. Our findings suggest abundant differential gene expression changes depending on environment and provide a basis for exploring gene regulation mechanisms under EE in C. macropomum.
Collapse
Affiliation(s)
- Patrick Douglas Corrêa Pereira
- Laboratório de Biologia Molecular e Neuroecologia, Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Pará, Bragança, Brazil
| | - Ediely Pereira Henrique
- Laboratório de Biologia Molecular e Neuroecologia, Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Pará, Bragança, Brazil
| | - Danillo Monteiro Porfírio
- Laboratório de Investigação em Neurodegeneração e Infecção, Instituto de Ciências Biológicas, Hospital Universitário João de Barros Barreto, Universidade Federal do Pará, Belém, Brazil
| | | | - Maitê Thaís Barros Campos
- Laboratório de Investigação em Neurodegeneração e Infecção, Instituto de Ciências Biológicas, Hospital Universitário João de Barros Barreto, Universidade Federal do Pará, Belém, Brazil
| | - Renata Melo de Oliveira
- Laboratório de Investigação em Neurodegeneração e Infecção, Instituto de Ciências Biológicas, Hospital Universitário João de Barros Barreto, Universidade Federal do Pará, Belém, Brazil
| | - Isabella Mesquita Sfair Silva
- Laboratório de Investigação em Neurodegeneração e Infecção, Instituto de Ciências Biológicas, Hospital Universitário João de Barros Barreto, Universidade Federal do Pará, Belém, Brazil
| | - Luma Cristina Ferreira Guerreiro
- Laboratório de Investigação em Neurodegeneração e Infecção, Instituto de Ciências Biológicas, Hospital Universitário João de Barros Barreto, Universidade Federal do Pará, Belém, Brazil
| | - Tiago Werley Pires da Silva
- Laboratório de Investigação em Neurodegeneração e Infecção, Instituto de Ciências Biológicas, Hospital Universitário João de Barros Barreto, Universidade Federal do Pará, Belém, Brazil
| | | | - João Batista da Silva Rosa
- Laboratório de Biologia Molecular e Neuroecologia, Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Pará, Bragança, Brazil
| | | | - Cecília Gabriella Coutinho Lima
- Laboratório de Biologia Molecular e Neuroecologia, Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Pará, Bragança, Brazil
| | - Cintya Castro de Abreu
- Laboratório de Biologia Molecular e Neuroecologia, Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Pará, Bragança, Brazil
| | - Carlos Santos Filho
- Laboratório de Biologia Molecular e Neuroecologia, Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Pará, Bragança, Brazil
| | | | - Nara Gyzely de Morais Magalhães
- Laboratório de Biologia Molecular e Neuroecologia, Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Pará, Bragança, Brazil
| | - Cristovam Guerreiro-Diniz
- Laboratório de Biologia Molecular e Neuroecologia, Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Pará, Bragança, Brazil
| | - Cristovam Wanderley Picanço Diniz
- Laboratório de Investigação em Neurodegeneração e Infecção, Instituto de Ciências Biológicas, Hospital Universitário João de Barros Barreto, Universidade Federal do Pará, Belém, Brazil
| | - Daniel Guerreiro Diniz
- Laboratório de Investigação em Neurodegeneração e Infecção, Instituto de Ciências Biológicas, Hospital Universitário João de Barros Barreto, Universidade Federal do Pará, Belém, Brazil
- Laboratório de Microscopia Eletrônica, Instituto Evandro Chagas, Belém, Brazil
| |
Collapse
|
5
|
da Costa ER, Henrique EP, da Silva JB, Pereira PDC, de Abreu CC, Fernandes TN, Magalhães NGM, de Jesus Falcão da Silva A, Guerreiro LCF, Diniz CG, Diniz CWP, Diniz DG. Changes in hippocampal astrocyte morphology of Ruddy turnstone (Arenaria interpres) during the wintering period at the mangroves of Amazon River estuary. J Chem Neuroanat 2020; 108:101805. [PMID: 32505650 DOI: 10.1016/j.jchemneu.2020.101805] [Citation(s) in RCA: 3] [Impact Index Per Article: 0.8] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Key Words] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 02/07/2020] [Revised: 05/19/2020] [Accepted: 05/22/2020] [Indexed: 11/15/2022]
Abstract
Astrocytes are essential for lipid neuronal metabolism in long-distance uninterrupted migratory flights, when glucose is not available as the main source of energy. We previously demonstrated in Calidris pusilla that after uninterrupted 5 days transatlantic flight, astrocytes shrink and reduce its number in the hippocampal formation. Here we shifted our attention to the wintering period and tested the hypothesis that hippocampal astrocyte morphology of A interpres will change as the wintering period progresses towards the premigration window. To that end we used Arenaria interpres, which also crosses the Atlantic Ocean and reaches the mangroves of the Amazon River estuary for wintering. Birds were captured in September/October (closer to the arrival in the coast of Bragança, Para, Brazil for wintering) and in April/May (closer to the departure towards the breeding sites) and had their brains processed for selective GFAP-astrocyte immunolabeling. Three-dimensional reconstructions of the immunostained astrocytes were performed and morphological classification was done based on hierarchical cluster and discriminant analysis of multimodal morphometric features. We found two morphological phenotypes of astrocytes in the newcomers which differentially increased its morphological complexities as wintering period progresses towards the pre-migration window. Taken together, our findings demonstrate that the long-distance non-stop flight and wintering period differentially affected the two astrocytes morphotypes, suggesting distinct physiological roles for these cells. We suggest that morphological changes during the wintering period, may be part of the adaptive plasticity of the local hippocampal circuits of A. interpres in preparation for the long journey back to their breeding sites in the north hemisphere.
Collapse
Affiliation(s)
- Emanuel Ramos da Costa
- Universidade Federal do Pará, Instituto de Ciências Biológicas, Hospital Universitário João de Barros Barreto, Laboratório de Investigações em Neurodegeneração e Infecção, Rua dos Mundurucus, 4487, Guamá, CEP: 66.073-005, Belém, Pará, Brazil
| | - Ediely Pereira Henrique
- Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Pará, Laboratório de Biologia Molecular e Neuroecologia, Rua da Escola Agrícola S/N, Vila Sinhá, CEP: 68.600-000, Bragança, Pará, Brazil
| | - João Batista da Silva
- Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Pará, Laboratório de Biologia Molecular e Neuroecologia, Rua da Escola Agrícola S/N, Vila Sinhá, CEP: 68.600-000, Bragança, Pará, Brazil
| | - Patrick Douglas Corrêa Pereira
- Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Pará, Laboratório de Biologia Molecular e Neuroecologia, Rua da Escola Agrícola S/N, Vila Sinhá, CEP: 68.600-000, Bragança, Pará, Brazil
| | - Cintya Castro de Abreu
- Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Pará, Laboratório de Biologia Molecular e Neuroecologia, Rua da Escola Agrícola S/N, Vila Sinhá, CEP: 68.600-000, Bragança, Pará, Brazil
| | - Taiany Nogueira Fernandes
- Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Pará, Laboratório de Biologia Molecular e Neuroecologia, Rua da Escola Agrícola S/N, Vila Sinhá, CEP: 68.600-000, Bragança, Pará, Brazil
| | - Nara Gyzely Morais Magalhães
- Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Pará, Laboratório de Biologia Molecular e Neuroecologia, Rua da Escola Agrícola S/N, Vila Sinhá, CEP: 68.600-000, Bragança, Pará, Brazil
| | - Anderson de Jesus Falcão da Silva
- Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Pará, Laboratório de Biologia Molecular e Neuroecologia, Rua da Escola Agrícola S/N, Vila Sinhá, CEP: 68.600-000, Bragança, Pará, Brazil
| | - Luma Cristina Ferreira Guerreiro
- Universidade Federal do Pará, Instituto de Ciências Biológicas, Hospital Universitário João de Barros Barreto, Laboratório de Investigações em Neurodegeneração e Infecção, Rua dos Mundurucus, 4487, Guamá, CEP: 66.073-005, Belém, Pará, Brazil
| | - Cristovam Guerreiro Diniz
- Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Pará, Laboratório de Biologia Molecular e Neuroecologia, Rua da Escola Agrícola S/N, Vila Sinhá, CEP: 68.600-000, Bragança, Pará, Brazil
| | - Cristovam Wanderley Picanço Diniz
- Universidade Federal do Pará, Instituto de Ciências Biológicas, Hospital Universitário João de Barros Barreto, Laboratório de Investigações em Neurodegeneração e Infecção, Rua dos Mundurucus, 4487, Guamá, CEP: 66.073-005, Belém, Pará, Brazil.
| | - Daniel Guerreiro Diniz
- Universidade Federal do Pará, Instituto de Ciências Biológicas, Hospital Universitário João de Barros Barreto, Laboratório de Investigações em Neurodegeneração e Infecção, Rua dos Mundurucus, 4487, Guamá, CEP: 66.073-005, Belém, Pará, Brazil; Instituto Evandro Chagas, Laboratório de Microscopia Eletrônica, Avenida Almirante Barroso, 492, Marco, CEP: 66.093-020, Belém, Pará, Brazil
| |
Collapse
|
6
|
Henrique EP, Oliveira MA, Paulo DC, Pereira PDC, Dias C, Siqueira LS, Lima CM, Miranda DDA, Rego PS, Araripe J, Melo MAD, Diniz DG, Morais Magalhães NG, Sherry DF, Picanço Diniz CW, Diniz CG. Contrasting migratory journeys and changes in hippocampal astrocyte morphology in shorebirds. Eur J Neurosci 2020; 54:5687-5704. [DOI: 10.1111/ejn.14781] [Citation(s) in RCA: 7] [Impact Index Per Article: 1.8] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 10/26/2019] [Revised: 04/26/2020] [Accepted: 05/07/2020] [Indexed: 02/06/2023]
Affiliation(s)
- Ediely Pereira Henrique
- Laboratório de Biologia Molecular e Neuroecologia Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia do Pará, Campus Bragança Bragança Pará Brazil
| | - Marcus Augusto Oliveira
- Laboratório de Investigações em Neurodegeneração e Infecção no Hospital Universitário João de Barros Barreto Instituto de Ciências Biológicas Universidade Federal do Pará Belém Pará Brazil
| | - Dario Carvalho Paulo
- Laboratório de Investigações em Neurodegeneração e Infecção no Hospital Universitário João de Barros Barreto Instituto de Ciências Biológicas Universidade Federal do Pará Belém Pará Brazil
| | - Patrick Douglas Corrêa Pereira
- Laboratório de Biologia Molecular e Neuroecologia Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia do Pará, Campus Bragança Bragança Pará Brazil
| | - Cleyssian Dias
- Curso de Pós‐Graduação em Zoologia Museu Paraense Emílio Goeldi Universidade Federal do Pará Belém Pará Brazil
| | - Lucas Silva Siqueira
- Laboratório de Biologia Molecular e Neuroecologia Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia do Pará, Campus Bragança Bragança Pará Brazil
| | - Camila Mendes Lima
- Laboratório de Investigações em Neurodegeneração e Infecção no Hospital Universitário João de Barros Barreto Instituto de Ciências Biológicas Universidade Federal do Pará Belém Pará Brazil
| | - Diego de Almeida Miranda
- Laboratório de Biologia Molecular e Neuroecologia Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia do Pará, Campus Bragança Bragança Pará Brazil
| | - Péricles Sena Rego
- Instituto de Estudos Costeiros Universidade Federal do Pará Bragança Pará Brazil
| | - Juliana Araripe
- Instituto de Estudos Costeiros Universidade Federal do Pará Bragança Pará Brazil
| | - Mauro André Damasceno Melo
- Laboratório de Biologia Molecular e Neuroecologia Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia do Pará, Campus Bragança Bragança Pará Brazil
| | - Daniel Guerreiro Diniz
- Laboratório de Investigações em Neurodegeneração e Infecção no Hospital Universitário João de Barros Barreto Instituto de Ciências Biológicas Universidade Federal do Pará Belém Pará Brazil
- Instituto Evandro Chagas Laboratório de Miscroscopia Eletrônica Belém Pará Brazil
| | - Nara Gyzely Morais Magalhães
- Laboratório de Biologia Molecular e Neuroecologia Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia do Pará, Campus Bragança Bragança Pará Brazil
| | - David Francis Sherry
- Department of Psychology Advanced Facility for Avian Research University of Western Ontario London ON Canada
| | - Cristovam Wanderley Picanço Diniz
- Laboratório de Investigações em Neurodegeneração e Infecção no Hospital Universitário João de Barros Barreto Instituto de Ciências Biológicas Universidade Federal do Pará Belém Pará Brazil
| | - Cristovam Guerreiro Diniz
- Laboratório de Biologia Molecular e Neuroecologia Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia do Pará, Campus Bragança Bragança Pará Brazil
| |
Collapse
|
7
|
Mendes de Lima C, Douglas Corrêa Pereira P, Pereira Henrique E, Augusto de Oliveira M, Carvalho Paulo D, Silva de Siqueira L, Guerreiro Diniz D, Almeida Miranda D, André Damasceno de Melo M, Gyzely de Morais Magalhães N, Francis Sherry D, Wanderley Picanço Diniz C, Guerreiro Diniz C. Differential Change in Hippocampal Radial Astrocytes and Neurogenesis in Shorebirds With Contrasting Migratory Routes. Front Neuroanat 2019; 13:82. [PMID: 31680881 PMCID: PMC6798042 DOI: 10.3389/fnana.2019.00082] [Citation(s) in RCA: 5] [Impact Index Per Article: 1.0] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Key Words] [Track Full Text] [Download PDF] [Figures] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 06/03/2019] [Accepted: 08/28/2019] [Indexed: 12/30/2022] Open
Abstract
Little is known about environmental influences on radial glia-like (RGL) α cells (radial astrocytes) and their relation to neurogenesis. Because radial glia is involved in adult neurogenesis and astrogenesis, we investigated this association in two migratory shorebird species that complete their autumnal migration using contrasting strategies. Before their flights to South America, the birds stop over at the Bay of Fundy in Canada. From there, the semipalmated sandpiper (Calidris pusilla) crosses the Atlantic Ocean in a non-stop 5-day flight, whereas the semipalmated plover (Charadrius semipalmatus) flies primarily overland with stopovers for rest and feeding. From the hierarchical cluster analysis of multimodal morphometric features, followed by the discriminant analysis, the radial astrocytes were classified into two main morphotypes, Type I and Type II. After migration, we detected differential changes in the morphology of these cells that were more intense in Type I than in Type II in both species. We also compared the number of doublecortin (DCX)-immunolabeled neurons with morphometric features of radial glial-like α cells in the hippocampal V region between C. pusilla and C. semipalmatus before and after autumn migration. Compared to migrating birds, the convex hull surface area of radial astrocytes increased significantly in wintering individuals in both C. semipalmatus and C. pusilla. Although to a different extent we found a strong correlation between the increase in the convex hull surface area and the increase in the total number of DCX immunostained neurons in both species. Despite phylogenetic differences, it is of interest to note that the increased morphological complexity of radial astrocytes in C. semipalmatus coincides with the fact that during the migratory process over the continent, the visuospatial environment changes more intensely than that associated with migration over Atlantic. The migratory flight of the semipalmated plover, with stopovers for feeding and rest, vs. the non-stop flight of the semipalmated sandpiper may differentially affect radial astrocyte morphology and neurogenesis.
Collapse
Affiliation(s)
- Camila Mendes de Lima
- Laboratório de Investigações em Neurodegeneração e Infecção no Hospital Universitário João de Barros Barreto, Instituto de Ciências Biológicas, Universidade Federal do Pará, Belém, Brazil
| | - Patrick Douglas Corrêa Pereira
- Laboratório de Biologia Molecular e Neuroecologia, Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia do Pará, Campus Bragança, Bragança, Brazil
| | - Ediely Pereira Henrique
- Laboratório de Biologia Molecular e Neuroecologia, Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia do Pará, Campus Bragança, Bragança, Brazil
| | - Marcus Augusto de Oliveira
- Laboratório de Investigações em Neurodegeneração e Infecção no Hospital Universitário João de Barros Barreto, Instituto de Ciências Biológicas, Universidade Federal do Pará, Belém, Brazil
| | - Dario Carvalho Paulo
- Laboratório de Investigações em Neurodegeneração e Infecção no Hospital Universitário João de Barros Barreto, Instituto de Ciências Biológicas, Universidade Federal do Pará, Belém, Brazil
| | - Lucas Silva de Siqueira
- Laboratório de Biologia Molecular e Neuroecologia, Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia do Pará, Campus Bragança, Bragança, Brazil
| | - Daniel Guerreiro Diniz
- Laboratório de Investigações em Neurodegeneração e Infecção no Hospital Universitário João de Barros Barreto, Instituto de Ciências Biológicas, Universidade Federal do Pará, Belém, Brazil.,Laboratório de Biologia Molecular e Neuroecologia, Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia do Pará, Campus Bragança, Bragança, Brazil
| | - Diego Almeida Miranda
- Laboratório de Biologia Molecular e Neuroecologia, Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia do Pará, Campus Bragança, Bragança, Brazil
| | - Mauro André Damasceno de Melo
- Laboratório de Biologia Molecular e Neuroecologia, Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia do Pará, Campus Bragança, Bragança, Brazil
| | - Nara Gyzely de Morais Magalhães
- Laboratório de Investigações em Neurodegeneração e Infecção no Hospital Universitário João de Barros Barreto, Instituto de Ciências Biológicas, Universidade Federal do Pará, Belém, Brazil
| | - David Francis Sherry
- Advanced Facility for Avian Research, Department of Psychology, University of Western Ontario, London, ON, Canada
| | - Cristovam Wanderley Picanço Diniz
- Laboratório de Investigações em Neurodegeneração e Infecção no Hospital Universitário João de Barros Barreto, Instituto de Ciências Biológicas, Universidade Federal do Pará, Belém, Brazil
| | - Cristovam Guerreiro Diniz
- Laboratório de Investigações em Neurodegeneração e Infecção no Hospital Universitário João de Barros Barreto, Instituto de Ciências Biológicas, Universidade Federal do Pará, Belém, Brazil.,Laboratório de Biologia Molecular e Neuroecologia, Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia do Pará, Campus Bragança, Bragança, Brazil
| |
Collapse
|
8
|
Abreu CC, Fernandes TN, Henrique EP, Pereira PDC, Marques SB, Herdeiro SLS, Oliveira FRR, Magalhães NGM, Anthony DC, Melo MAD, Guerreiro-Diniz C, Diniz DG, Picanço-Diniz CW. Small-scale environmental enrichment and exercise enhance learning and spatial memory of Carassius auratus, and increase cell proliferation in the telencephalon: an exploratory study. ACTA ACUST UNITED AC 2019; 52:e8026. [PMID: 31038577 PMCID: PMC6487742 DOI: 10.1590/1414-431x20198026] [Citation(s) in RCA: 4] [Impact Index Per Article: 0.8] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Track Full Text] [Download PDF] [Figures] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 11/19/2018] [Accepted: 02/25/2019] [Indexed: 12/25/2022]
Abstract
Carassius auratus is a teleost fish that has been largely used in behavioral studies. However, little is known about potential environmental influences on its performance of learning and memory tasks. Here, we investigated this question in C. auratus, and searched for potential correlation between exercise and visuospatial enrichment with the total number of telencephalic glia and neurons. To that end, males and females were housed for 183 days in either an enriched (EE) or impoverished environment (IE) aquarium. EE contained toys, natural plants, and a 12-hour/day water stream for voluntary exercise, whereas the IE had none of the above. A third plus-maze aquarium was used for spatial and object recognition tests. Different visual clues in 2 of its 4 arms were used to guide fish to reach the criteria to complete the task. The test consisted of 30 sessions and was concluded when each animal performed three consecutive correct choices or seven alternated, each ten trials. Learning rates revealed significant differences between EE and IE fish. The optical fractionator was used to estimate the total number of telencephalic cells that were stained with cresyl violet. On average, the total number of cells in the subjects from EE was higher than those from subjects maintained in IE (P=0.0202). We suggest that environmental enrichment significantly influenced goldfish spatial learning and memory abilities, and this may be associated with an increase in the total number of telencephalic cells.
Collapse
Affiliation(s)
- C C Abreu
- Instituto de Ciências Biológicas, Hospital Universitário João de Barros Barreto, Laboratório de Neurodegeneração e Infecção, Universidade Federal do Pará, Belém, PA, Brasil
| | - T N Fernandes
- Instituto de Ciências Biológicas, Hospital Universitário João de Barros Barreto, Laboratório de Neurodegeneração e Infecção, Universidade Federal do Pará, Belém, PA, Brasil
| | - E P Henrique
- Laboratório de Biologia Molecular e Neuroecologia, Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia do Pará, Bragança, PA, Brasil
| | - P D C Pereira
- Laboratório de Biologia Molecular e Neuroecologia, Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia do Pará, Bragança, PA, Brasil
| | - S B Marques
- Instituto de Ciências Biológicas, Hospital Universitário João de Barros Barreto, Laboratório de Neurodegeneração e Infecção, Universidade Federal do Pará, Belém, PA, Brasil
| | - S L S Herdeiro
- Instituto de Ciências Biológicas, Hospital Universitário João de Barros Barreto, Laboratório de Neurodegeneração e Infecção, Universidade Federal do Pará, Belém, PA, Brasil
| | - F R R Oliveira
- Instituto de Ciências Biológicas, Hospital Universitário João de Barros Barreto, Laboratório de Neurodegeneração e Infecção, Universidade Federal do Pará, Belém, PA, Brasil
| | - N G M Magalhães
- Laboratório de Biologia Molecular e Neuroecologia, Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia do Pará, Bragança, PA, Brasil
| | - D C Anthony
- University of Oxford, Department of Pharmacology, Mansfield Road, Oxford, United Kingdom
| | - M A D Melo
- Laboratório de Biologia Molecular e Neuroecologia, Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia do Pará, Bragança, PA, Brasil
| | - C Guerreiro-Diniz
- Laboratório de Biologia Molecular e Neuroecologia, Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia do Pará, Bragança, PA, Brasil
| | - D G Diniz
- Instituto de Ciências Biológicas, Hospital Universitário João de Barros Barreto, Laboratório de Neurodegeneração e Infecção, Universidade Federal do Pará, Belém, PA, Brasil
| | - C W Picanço-Diniz
- Instituto de Ciências Biológicas, Hospital Universitário João de Barros Barreto, Laboratório de Neurodegeneração e Infecção, Universidade Federal do Pará, Belém, PA, Brasil
| |
Collapse
|