Ciencia e Investigación: Diciembre 1999

CONTENIDO DE ADN, ARN Y PROTEINAS EN DIVERSOS ORGANOS DE COBAYOS ORIUNDOS DE LA ALTURA

FERNANDO MAMANI A., WILDER DE LA CRUZ C. y ELIZABETH CARRANZA A.
Departamento de Bioquímica. Facultad de Farmacia y Bioquímica U.N.M.S.M.

 

RESUMEN

Se realizaron mediciones de ADN, ARN y proteínas en testículos, bazo, riñones, corazón, hígado, pulmones expresados en 100g de tejido húmedo y por órgano y el número de células por órgano en 19 cobayos machos adultos, 9 nativos de altura (Morococha, 4 540 m) y 10 nativos de nivel del mar (Lima, 150 m).

El peso corporal fue menor en cobayos de la altura pero sin diferencia significativa, sin embargo, el peso de la mayoría de órganos fueron mayores en los cobayos de altura.

Los cobayos de altura presentaron un contenido mayor de proteínas en riñones y pulmones, por 100 g de tejido húmedo y por órgano. El corazón mostró un mayor contenido de proteínas por órgano. El hígado mostró un menor contenido por 100 g de tejido, pero mayor contenido por órgano. Los testículos de cobayos de altura mostratron un mayor contenido de proteínas por 100 g. de tejido, pero un menor contenido por órgano.

El contenido de ADN fue mayor en los testículos, riñones, corazón y pulmones de cobayos de altura. El contenido de ARN estuvo aumentado en la mayoría de órganos de los cobayos de altura a excepción del bazo.

El número de células fue mayor en testículos, riñones, hígado y pulmones de cobayos de altura.

SUMMARY

Measurement of DNA, RNA and proteins in guinea pig testes, spleen, kidney, heart, liver and lungs, expressed per 100 g wet tissue, per organ, and as number of cells per organ was performed in 9 male, adult guinea pigs native from high altitude (Morococha, 4540m) and in 10 male, adult guinea pigs native from sea level (Lima, 150 m).

Body weight was lower in high altitude guinea pigs, though not significantly; however the weight of most organs was higher in high altitude guinea pigs.

High altitude animals showed higher kidney and lung protein contents per 100 g wet tissue and per organ. Heart showed higher protein content per organ. Liver showed lower protein content per 100 g tissue, but lower content per organ.

DNA content was higher in high altitude guinea pig testes, kidneys, heart and lungs. RNA content was increased in most organs of high altitude guinea pigs, except the spleen.

Cell number was higher in high altitude guinea pig testes, kidneys, liver and lungs.

 

INTRODUCCION

Es conocido que el tamaño, tanto corporal así como de los diversos órganos resulta de la interacción de factores genéticos y ambientales, que afectan durante el crecimiento y desarrollo, y que el conjunto del desarrollo químico del organismo es un proceso complejo, formado por la suma de los cambios en el peso y en la composición de todos sus tejidos y órganos, teniendo cada órgano su propio esquema de desarrollo químico y celular, que están relacionados con su función a diferentes edades. Todas las estructuras, en el crecimiento y desarrollo de un organismo, se forman como resultado de la síntesis de ácidos nucleicos y proteínas.

El crecimiento y desarrollo en las grandes alturas refleja la interacción de los factores genéticos y el de menor presión parcial de oxígeno. Existen numerosos estudios que señalan la hipoxia como factor responsable del menor peso al nacer, del crecimiento lento y prolongado, de la talla pequeña del adulto y la mayor circunferencia toráxica (4,6). Cambios fisiológicos y morfológicos como respuesta a la adaptación a la hipoxia han sido demostrados por muchos investigadores. Estudios morfométricos demuestran que el corazón es mas grande y más pesado en sujetos de la altura, como resultado de un proceso de hipertrofia del ventrículo derecho, hipertrofia del bulbo carotídeo y de los pulmones (3,24).

Es poco lo que se conoce del efecto de la hipoxia de las grandes alturas en relación al crecimiento y desarrollo a nivel tisular. Un organismo expuesto al estrés hipóxico durante su crecimiento fetal puede tener efectos permanentes sobre el crecimiento somático, por lo que un conocimiento de tal efecto sobre el contenido del ácido desoxirribonucleico (ADN),ácido ribonucleico (RNA) y proteinas de algunos órganos de animales oriundos de las grandes alturas, que fueron concebidos, nacidos y criados bajo el estimulo hipóxico es de gran importancia para comprender los patrones de crecimientos y desarrollo en la altura.

El propósito del presente trabajo ha sido cuantificar los ácidos nucleicos y proteinas de diversos órganos de cobayos oriundos de las grandes alturas (Morococha, 4540) y de cobayos de nivel del mar (Lima, 150 m.) con la finalidad de estimar las diferencias de estos parámetros entre ambas poblaciones.

MATERIAL Y METODOS

Material Biológico.- La presente investigación se llevó a cabo en seis órganos: testículos, bazo, riñones, corazón, hígado y pulmones de 19 cobayos machos adultos, 9 de ellos nativos de altura (Morococha, 4 540m) y 10 del nivel del mar (Lima, 150 m.) Los animales fueron alimentados "ad libitum" con alfalfa, y 12 horas antes de ser sacrificados puestos en ayunas. Antes del sacrificio se les anestesió con éter dietílico, se les pesó, se les abrió la cavidad abdominal y se aislaron los órganos; éstos fueron lavados con ClNa helado, secados en papel de filtro, pesados, envueltos en papel de aluminio frío y congelados rápidamente en baño de hielo seco (-20ºC) para su posterior análisis en los laboratorios del Centro de Investigación de Biología Andina.

Los órganos se homogeneizaron en agua destilada en proporción 1/10 (p/v). La homogeneización se llevó a cabo en baño de agua helada y el homogeneizado fue utilizado para la determinación del ADN usando el método de Setaro (20); del ARN por el método de extracción según Laga et al (11) y se cuantificó utilizando el método del orcinol (17), las proteinas se determinaron usando el método de Lowry et al (12). El número de células se calculó dividiendo los mg de ADN del órgano total entre 6.2 (Este factor representa la cantidad de DNA en una célula, expresado en picogramos en un núcleo diploide) (25).

TABLA Nº I

PESO DE DIVERSO ORGANOS DE COBAYOS ( gramos )

  NIVEL DEL MAR ALTURA  
  MEDIA ± DE MEDIA ± DE p
TOTAL 520,90 ± 37,75 485,89 ± 68,37 n.s.
TESTICULOS 2,25 ± 0,29 1,31 ± 0,25 <0,001
BAZO 0,86 ± 0,09 1,20 ± 0,52 n.s.
RIÑONES 3,85 ± 0,14 4,28 ± 0,18 <0,001
CORAZON 1,30 ± 0,19 1,60 ± 0,20 <0,005
HIGADO 13,40 ± 0,18 19,80 ± 3,82 <0,001
PULMONES 3,14 ± 0,24 4,02 ± 0,38 <0,005

En la Tabla II se presentan los valores medios del contenido de proteinas expresados por 100 g de tejido húmedo y por órgano. Cuando comparamos el contenido de proteinas por 100 de tejido húmedo, se observó que éste es significativamente mayor (p<0,001) en los testículos y riñones de los cobayos de la altura; sin embargo en el caso del hígado, dicho contenido fue significativamente menor en los cobayos de la altura (p<0,001). No hubo diferencia en el contenido de proteinas en el corazón y bazo.

TABLA Nº II

CONTENIDO DE PROTEINAS EN DIVERSOS ORGANOS DE COBAYOS

  NIVEL DEL MAR ALTURA   NIVEL DEL MAR ALTURA  
  (g/100 g de tejido húmedo)   (g/peso órgano)  
  MEDIA ± DE MEDIA ± DE p MEDIA ± DE MEDIA ± DE p
TESTICULOS 8,95 ± 0,23 10,01 ± 0,45 <0,001 0,20 ± 0,02 0,13 ± 0,03 <0,001
BAZO 14,17 ± 0,19 13,91 ± 0,47 n.s. 0,12 ± 0,01 0,17 ± 0,08 n.s.
RIÑONES 13,26 ± 0,45 15,03 ± 0,83 <0,001 0,51 ± 0,03 0,64 ± 0,05 <0,001
CORAZON 14,00 ± 0,45 14,03 ± 0,69 n.s. 0,18 ± 0,03 0,23 ± 0,03 <0,005
HIGADO 17,57 ± 0,41 14,19 ± 0,80 <0,001 2,35 ± 0,30 2,80 ± 0,53 <0,05
PULMONES 11,53 ± 0,59 12,87 ± 0,54 <0,001 0,36 ± 0,05 0,52 ± 0,05 <0,001

 

Cuando el contenido de proteinas se expresó en relación al peso del órgano, se encontró un contenido mayor de proteinas en riñones (p<0,001), corazón (p<0,005), hígado(p<0,05) y pulmones (p<0,001) de los cobayos de altura. Los testículos mostraron un contenido de proteinas por órgano significativamente menor (p<0,001) en los animales de altrura. No hubo diferencia en el contenido de proteinas del bazo de ambos grupos (Ver Tabla II).

La Tabla III muestra los valores medios del contenido de ADN (g), expresados por 100g de tejido húmedo y por órgano. Al comparar el contenido de ADN por 100 de tejido húmedo, se observó que éste es significativamente mayor en los testículos (p<0,001), riñones (p<0,005), corazón (p<0.005) y pulmones (p<0.001). No hubo diferencia significativa entre las medias de ADN en el hígado y bazo.

TABLA NºIII

CONTENIDO DEL ADN EN DIVERSOS ORGANOS DE COBAYOS

  NIVEL DEL MAR ALTURA   NIVEL DEL MAR ALTURA  
  (g/100g de tejido húmedo)   (mg/peso órgano)  
  MEDIA ± DE MEDIA ± DE P MEDIA ± DE MEDIA ± DE p
TESTICULOS 0,15 ± 0,02 0,32 ± 0,05 <0,001 3,41 ± 0,36 4,11 ± 0,68 <0,01
BAZO 0,30 ± 0,04 0,29 ± 0,05 n.s. 2,54 ± 0,36 3,39 ± 1,23 n.s.
RIÑONES 0,23 ± 0,02 0,29 ± 0,04 <0,005 8,89 ± 0,79 12,01 ± 1,89 <0,001
CORAZON 0,21 ± 0,02 0,24 ± 0,02 <0,005 2,76 ± 0,46 3,88 ± 0,49 <0,001
HIGADO 0,13 ± 0,02 0,14 ± 0,02 n.s. 17,52 ± 4,08 27,98 ± 6,33 <0,001
PULMONES 0,52 ± 0,05 0,63 ± 0,07 <0,001 16,48 ± 1,98 25,50 ± 4,07 <0,001

 

Cuando el contenido de ADN se expresó en relación al peso del órgano, se encontró un contenido mayor de ADN en testículos (p<0,01), riñones (p<0,001), corazón (p<0,001), hígado (p<0.001) y pulmones (p<0.001) de los cobayos de altura. El bazo no mostró diferencia significativa en este parámetro. (Ver Tabla III)

La Tabla IV muestra los valores medios del contenido de ARN (mg), expresados tanto por 100g de tejído húmedo, como por órgano. Al comparar el contenido de ARN por 100 g de tejido húmedo, se observó que éste es significativamente mayor en los 6 órganos de los animales de altura.

Cuando el contenido de ARN se expresó en relación al peso del órgano, también se observó un contenido mayor de ARN en 5 órganos: riñones (p<0,001), corazón (p<0,001), hígado (p<0,001) y pulmones (p<0,001) de los cobayos de altura presentan un número mayor de células que sus similares del nivel del mar. El bazo no mostró diferencia significativa en el número de células.

TABLA NºIV

CONTENIDO DEL ARN EN DIVERSOS ORGANOS DE COBAYOS

NIVEL DEL MAR ALTURA NIVEL DEL MAR ALTURA
(g/100g de tejido húmedo) (g/peso órgano)
MEDIA ± DE MEDIA ± DE p MEDIA ± DE MEDIA ± DE p
TESTICULOS 0,31 ± 0,06 0,46 ± 0,04 <0,001 6,78 ± 0,99 5,99 ± 1,09 n.s.
BAZO 0,51 ± 0,04 0,61 ± 0,06 <0,001 4,38 ± 0,48 7,39 ± 3,33 <0,05
RIÑONES 0,40 ± 0,02 0,56 ± 0,07 <0,001 15,40 ± 0,95 23,85 ± 2,96 <0,001
CORAZON 0,21 ± 0,01 0,23 ± 0,02 <0,05 2,68 ± 0,48 3,60 ± 0,27 <0,001
HIGADO 0,43 ± 0,05 0,50 ± 0,02 <0,001 57,58 ± 12,46 99,62 ± 20,65 <0,001
PULMONES 0,30 ± 0,01 0,43 ± 0,04 <0,001 9,50 ± 0,68 17,26 ± 2,52 <0,001

 

El número de células por órgano expresado en millones se muestra en la Tabla V. Podemos apreciar que los testículos (p<0,05), riñones (p<0,001), corazón (p<0,001), hígado (p<0,001) y pulmones (p<0,001) de los cobayos de altura presentan un número mayor de células que sus similares del nivel del mar. El bazo no mostró diferencia significativa en el número de células.

TABLA Nº V

NUMERO DE CELULAS DE DIVERSOS ORGANOS DE COBAYOS
( Millones )

  NIVEL DEL MAR ALTURA  
  MEDIA ± DE MEDIA ± DE p
TESTICULOS 549,9 ± 57,4 663,93 ± 109,2 <0,05
BAZO 409,9 ± 57,4 545,94 ± 198,9 n.s.
RIÑONES 1 434,1 ± 126,7 1 951,5 ± 305,1 <0,001
CORAZON 445,6 ± 74,3 625,15 ± 78,16 <0,001
HIGADO 2 826,0 ± 658,4 4 513,5 ± 1 021,1 <0,001
PULMONES 2 658,1 ± 319,6 4 113,1 ± 656,1 <0,001

 

En el presente estudio, las determinaciones se realizaron en diversos órganos de los grupos de cobayos, uno nativo de altura, y otro del nivel del mar. Estos animales provenían de poblaciones perfectamente aclimatadas en sus respectiva altitudes.

Nuestro resultados no revelan diferencia significativa en relación al peso corporal, aun cuando se observó valores más bajos en los cobayos de altura. El efecto que pueda tener la hipoxia sobre el crecimiento y desarrollo ha sido estudiado por muchos investigadores. Algunos encuentran diferencia significativa en el peso de estos animales que viven crónicamente en ambientes hipóxicos, (5) En casos de exposición aguda, se ha encontrado menor peso corporal y crecimiento postnatal más lento (2,22); aunque estas diferencias pudieran deberse a que el animal estudiado no estaba completamente aclimatado. Nuestro resultado concuerda con los estudios de Banchero (1), quien sostiene que la exposición de cobayos a la hipoxia, frío o a la combnación de estos, no resulta en diferencias significativas en términos de peso y que en aquellos casos en los cuales ocurre una reducción en el peso del cobayo, esto puede obedecer a otros factores, como la alimentación.

Se encontró que el peso de los riñores, corazón, hígado y pulmones fueron estadísticamente mayores en los cobayos de altura que en los de nivel del mar. Timiras (22) refirió la presencia de una hipertrofia cardiaca en el corazón, y un mayor peso de este órgano. Banchero (1) afirma que el elevado crecimiento del músculo cardiaco ocurre como resultado de un proceso de hipertrofia originado por la mayor viscosidad de la sangre debido al elevado hematocrito y a la hipertensión en la circulación pulmonar. El mayor peso del pulmón sería debido a un incremento en la ventilación pulmonar, a una mayor vascularidad y un incremento en la cantidad de sangre en los pulmones (4). En cuanto al hígado, Timiras (23) observó una moderada hipertrofia hepática, siendo más notorio al relacionarlo con su respectivo peso corporal. En cuanto al peso del riñón, nuestros resultados concuerdan con los de Pepelko (16) quien halló que el peso del riñón con relación al peso corporal, fue mayor en animales hipóxicos. En nuestro estudio también se observó un peso ligeramente mayor en el bazo de los cobayos de altura: esto es respaldado por los hallazgos de Timiras (22), quien observó una hipertrofia del bazo, debido a un incremento en el volumen de los glóbulos rojos y a cambios cardiovasculares. Estas diferencias encontradas están directamente relacionadas en la mejora de funciones como respuesta a las condiciones del medio, como por ejemplo, el transporte y distribución de oxigeno tal como ocurre con el mayor tamaño del corazón y pulmones. El menor peso testicular en cobayos de altura es corroborado por Garayar (5), aunque el peso testicular en relación al peso corporal fue mayor en cobayos de altura.

En cuanto a las determinaciones de proteínas, se encontró un contenido de gramos por 100 g. de tejido significativamente mayor en los testículos, riñones y pulmones y este incremento es apoyado en primer lugar por la actividad más elevada de las enzimas proteolíticas: tripsina y quimiotripsina en la región gastrointestinal de animales hipóxicos, en este sentido el "pool" de aminoácidos y péptidos podría incrementarse, los cuales favorecerían la síntesis de proteínas (14). A pesar de que la hipoxia aguda inhibe la síntesis de proteínas mientras ocurre la aclimatación, la altitud no perjudica la incorporación de aminoácidos para la formación de proteínas celulares (9,10). Además se ha observado que en condiciones de hipoxia las concentraciones de aminoácidos son similares o están incrementados, y que el transporte de aminoácidos está inalterado o incrementado (8). Además, se sabe que la hormona de crecimiento, que se encuentra elevada en sus niveles en los nativos de altura (7), acelera la síntesis de proteínas celulares, causando un incremento de las proteínas tisulares, ya que dicha hormona estimula también la trascripción de ADN, con la que se producen cantidades crecientes de ARN, éste a su vez fomenta la síntesis de proteínas. En parte este efecto podría depender de la acción de la hormona de crecimiento sobre la liberación incrementada de grasa, para aprovechar su energía; esto disminuirá la proporción de oxidación de los aminoácidos, y los tejidos dispondrían de más aminoácidos para sintetizar proteínas (8). En cuanto a la menor concentración de proteíans en el hígado de cobayos de altura que contrasta con los otros órganos estudiados, Sanders (19) mostró que con relación a la síntesis de proteínas, el hígado es el órgano más perjudicado en los animales hipóxicos. Así, Oyala (15) ha encontrado concentraciones menores en hígado de cobayos nativos de altura, aunque sin diferencias significativas.

Con respecto a la determinación de ácidos nucleicos, los contenidos de ADN, ARN por 100g. de tejido y por órgano fueron más elevados en la mayoría de órganos en los cobayos de altura. Así, Sekhon (18) observó una mayor síntesis de ADN y ARN en el pulmón de ratas sometidas a hipoxia, debidas a la reducida disponibilidad de oxigeno. Pepelko (16) también encontró un incremento en el contenido de ADN en el ventrículo derecho del corazón en ratas expuestas a la altura. De otro lado, Meerson (13) señala que la activación de la síntesis de ADN en las células del miocardio durante la adaptación a la hipoxia, se efectúa en las mitocondrias y no en el núcleo de las células, habiendo entonces un incremento considerable en el número de partículas de ADN mitocondrial. Además, señala que en dicha adaptación a la hipoxia se observa una mayor actividad de síntesis de ARN en el núcleo del miocardio, más que en la mitocondria.

Nuestros resultados también muestran un mayor número de células en la mayoría de órganos de los cobayos de altura. Tappan (2) encontró que el contenido de ADN es más elevado en los tejidos de animales nativos de altura, y sugirió así un mayor número de células por unidad de peso. Al parecer, esto va de acuerdo con la mayor síntesis de ADN y mayor peso de los órganos observados en los animales de altura, ya que dicha síntesis sería seguida por una división celular, originando así una mayor proliferación celular.

CONCLUSIONES

Los resultados observados presentaron evidencia de que:

1. El incremento en el peso y el contenido total de ADN, ARN, proteínas y número de células en riñones, corazón, hígado y pulmones de cobayos tienen relación con el estrés hipóxico crónico.

2. La hipoxia de altura produce variaciones en cuanto al peso y contenido en los testículos de los cobayos nativos; es así, que presentaron menor peso y cantidad de proteína y mayor contenido total de ADN y número total de células que los del nivel del mar. El contenido de ARN fue similar a los del nivel del mar.

3. El peso y el contenido total de ADN, ARN, proteínas y número total de células en el bazo de cobayos de altura fue similar a los del nivel del mar. Sólo el contenido de ARN fue mayor en cobayos de la altura.

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