Control of hypothalamus-pituitary-gonad axis of the surubim do Paraíba Steindachneridion parahybae (Siluriformes: Pimelodidae) in relation to reproductive cycle and induced spawning in captivity

Steindachneridion parahybae (Siluriformes) é um bagre de água doce, endêmico da Bacia do Rio Paraíba do Sul (Brasil), e seriamente ameaçado de extinção. Fêmeas de S. parahybae quando criadas em cativeiro apresentam uma falha na maturação final, ovulação e desova. Este trabalho teve como objetivo analisar o eixo hipotálamo-hipófise-gônadas, responsável pelo controle neuroendócrino da reprodução de forma a aumentar o conhecimento deste sistema em animais de cativeiro. Fêmeas adultas foram amostradas mensalmente (exceto nos meses de inverno) entre janeiro/2008 e março/2009 na piscicultura da Companhia Energética de São Paulo. As análises macroscópicas e microscópicas dos ovários permitiram classificar o desenvolvimento ovariano em três estádios de maturação: pré-vitelogênico (crescimento primário), vitelogênico (crescimento secundário) e regressão; e cinco fases de desenvolvimento oocitário foram identificadas: oogônia, oócito perinucleolar, oócito alvéolo cortical, oócito vitelogênico e oócito atrésico. Após a indução à reprodução artificial, a maturação final foi alcançada e os folículos pós-ovulatórios foram identificados. Em S. parahybae, o período reprodutivo foi evidente entre novembro e fevereiro e o desenvolvimento oocitário foi do tipo sincrônio em grupo, sugerindo-se que esta espécie apresenta múltiplas desovas durante este período. Os perfis plasmáticos de 17Beta-estradiol (E2) e testosterona (T) foram fundamentais no desenvolvimento oocitário, e a produção destes esteróides sexuais parece não ser afetada no bloqueio da reprodução em cativeiro. Entretanto, as concentrações de 17Alfa-hidroxiprogesterona (17Alfa-OHP), durante o ciclo reprodutivo e após a indução à reprodução, sugerem que a falha reprodutiva de S. parahybae esteja relacionada com uma disfunção nos progestágenos, principalmente na conversão do 17Alfa-OHP em 17alfa,20Beta-dihydroxy-4-pregnen-3-one (Maturation-Inducing Steroid, MIS), este último considerado como hormônio da maturação final e ovulação em teleósteos. O andrógeno 11-cetotestosterona (11-KT) apresentou maior concentração no estádio vitelogênico e nas fêmeas induzidas à reprodução, sugerindo um envolvimento deste andrógeno na reprodução de S. parahybae. No entanto, o sítio de síntese e ação, assim como, as possíveis funções de 11-KT ainda permanecem pouco investigadas em fêmeas. No sistema encefálico foram caracterizadas duas formas do hormônio-liberador de gonadotropinas (GnRH), catfish GnRH (cfGnRH) e chicken-II GnRH (cGnRH-II). cfGnRH foi identificado em toda região ventral do telencéfalo e em várias regiões ventrais do diencéfalo, e o cGnRH-II foi observado na região do tegumento do cérebro médio, próximo ao terceiro ventrículo. O cfGnRH está intimamente relacionado com a modulação da atividade da hipófise, e ao contrario, o cGnRH-II (que não inerva a hipófise), provavelmente está relacionado com a neuromodulação e/ou comportamento reprodutivo em S. parahybae. A hipófise é composta pela neuro-hipófise (NH) e adeno-hipófise (ADH), sendo que, a ADH é subdividida em: \"rostral pars distalis\" (RPD), \"proximal pars distalis\" (PPD) e \"pars intermedia\" (PI). Nestas sub-regiões da ADH foi caracterizado o hormônio folículo estimulante (FSH-18KDa), o hormônio luteinizante (LH-19KDa), o hormônio de crescimento (GH-21KDa), a prolactina (PRL-22KDa) e a somatolactina (SL-26KDa). Os resultados semiquantitativos de GH, PRL e SL sugerem que estes hormônios estejam envolvidos indiretamente na reprodução e podem ter um papel fisiológico na regulação e/ou na modulação de mecanismos associados à reprodução de S. parahybae. O padrão de síntese/liberação de FSH durante o ciclo reprodutivo foi adequado para estimular a síntese/liberação de E2 para promover a vitelogênese, que foi constatada nos ovários, pela presença de oócitos vitelogênicos. Desta forma, sugere-se que a falha na reprodução em fêmeas de S. parahybae quando mantidas em cativeiro, provavelmente foi devido às disfunções na síntese/liberação dos progestágenos, modulado pelo LH, e/ou falhas na conversão de 17Alfa-OHP em MIS em fêmeas vitelogênicas. Do mesmo modo, os nossos dados indicam que o cfGnRH, responsável pela modulação de LH, é sintetizado no estádio vitelogênico, mas como diminuiu nas fêmeas induzidas à reprodução, sugere-se que o cfGnRH também não foi sintetizado/liberado em quantidade suficiente. Esses dados, somados ao conhecimento dos eventos que acompanham o desenvolvimento larval, fornecem subsídios para aperfeiçoar o método de reprodução induzida e larvicultura de S. parahybae em pisciculturas de conservação, contribuindo para um melhor desempenho reprodutivo dessa espécie em cativeiro, o que auxiliará no programa de repovoamento na Bacia do Rio Paraíba do Sul.Steindachneridion parahybae (Siluriformes) is a freshwater catfish, endemic to the Paraíba do Sul River Basin (Brazil), and seriously threatened. S. parahybae females, when reared in captivity, exhibit failures in final maturation, ovulation and spawning. This study aimed to analyze the hypothalamus-pituitary-gonads axis, responsible for the neuroendocrine control of reproduction, with the goal to increase the knowledge of this system in domesticated animals. Adult females were sampled monthly (except in winter months) from January/2008 to March/2009 in the Companhia Energética de Sao Paulo fish farm. The macroscopic and microscopic analyses of the ovaries allowed classifying the ovarian development in three maturation stages: pre-vitellogenic (primary growth), vitellogenic (secondary growth) and regression; and five oocyte development phases: oogonia, perinucleolar oocyte, cortical alveolar oocyte, vitellogenic oocyte and atretic oocyte. After the artificial induction to reproduction, the final maturation was achieved and the post-ovulatory follicles were identified. In S. parahybae, the reproductive period was evidenced from November to February and the oocyte development was synchronic in group, suggesting that this species shows multiple spawns during this period. The plasma profiles of 17Beta-estradiol (E2) and testosterone (T) were essential in oocytes development, and the production of these sexual steroids seems not to be the cause of reproduction failure in captivity. However, the 17Alpha- hydroxyprogesterone (17Alpha-OHP) concentration profile during the reproductive cycle and after the induced spawning, suggests that reproductive failure of S. parahybae can be related to progestogens dysfunction, mainly in the conversion of 17Alpha-OHP in 17Alpha, 20Beta-dihydroxy-4- pregnen-3-one (Maturation-Inducing Steroid, MIS), the latter considered as the final maturation and ovulation hormone in teleosts. The androgen 11-ketotestosterone (11-KT) level was higher in the vitellogenic stage and in the females induced to spawn, suggesting an involvement of this androgen in S. parahybae reproduction. However, the site of synthesis and action, and the possible role of 11-KT remain unknown in females. In the brain system, two forms of gonadotropin-releasing hormone (GnRH) were characterized, catfish GnRH (cfGnRH) and chicken-II GnRH (cGnRH-II). cfGnRH was identified throughout the ventral forebrain and cGnRH-II was observed in the midbrain tegument, close to the third ventricle. cfGnRH is closely related to the modulation of the pituitary activity, unlike that, cGnRH-II (which does not innervate the pituitary gland), is probably related to neuromodulation and/or reproductive behavior in S. parahybae. The pituitary is composed by the neurohypophysis (NH) and the adenohypophysis (ADH), whereas, the ADH is subdivided into: \"rostral pars distal\" (RPD), \"proximal pars distal\" (PPD) and \"pars intermedia\" (PI). In these ADH sub regions the following hormones were characterized: the follicle-stimulating hormone (FSH- 18KDa), the luteinizing hormone (LH-19KDa), the growth hormone (GH-21KDa), the prolactin (PRL-22KDa), and the somatolactin (SL-26KDa). The semi-quantitative data of GH, PRL and SL suggest that these hormones are indirectly involved in reproduction and may have a physiological role in regulating and/or modulation of the mechanisms associated with reproduction of S. parahybae. The pattern of synthesis/release of FSH during the reproductive cycle was adequate to stimulate the synthesis/release of E2 to promote the vitellogenesis, which was confirmed in the ovaries, due to the presence of vitellogenic oocytes. Therefore, it is suggested that the reproductive failure in S. parahybae females when reared in captivity, was probably due to dysfunctions in progestogens synthesis/release, modulated by LH, and/or failure in the conversion of 17Alpha-OHP in MIS in vitellogenic females. Likewise, our data proposed that cfGnRH, responsible for the modulation of LH, is synthesized in the vitellogenic stage, but, as decreased in females induced to spawn, it is suggested that cfGnRH was also not synthesized/released sufficiently. These data, together with the knowledge of the events that followed the larvae development, subsidies the improvement of the artificial reproduction method of S. parahybae in conservation fish farms, contributing to a better reproductive performance of this species in captivity, which will allow the establishment of a more effective re-introduction program in the Paraíba do Sul River Basin