Expression of DNA repair genes in Arctic char (Salvelinus alpinus) from Bjørnøya

Abstract

Persistente organiske miljøgifter (POPs) har blitt detektert i relativt høye nivåer i arktiske miljøer, hvor de kan utvise toksisk effekt hos eksponerte organismer. Det har blitt funnet at Ellasjøen, lokalisert på Bjørnøya (74.30°N, 19.01° E), har signifikant høyere nivåer av POPs både i sediment og biota sammenlignet med andre arktiske innsjøer. Dette skyldes hovedsakelig tilførsel av guano fra hekkende sjøfugler. Arktisk røye (Salvelinus alpinus) er den eneste fiskearten som lever på Bjørnøya. Det er i et tidligere masterprosjekt blitt påvist at Arktisk røye fra Ellasjøen har signifikant høyere nivåer av DNA-dobbeltrådbrudd (DSBs) sammenlignet med røye fra Laksvatn, som har blitt brukt som kontrollvann. Nivået av DNA-DSBs var korrelert med konsentrasjonen av organokloriner (OCs) i vevet til de respektive røyene. Selv om det er økende kunnskap om de genotoksiske effektene til POPs, er det fortsatt mye som er ukjent rundt hvordan POPs påvirker DNA- reparasjonssystemene hos eksponerte individer. Hypotesen for denne studien var at DNA-DSB-reparasjonssystemet blir påvirket av det høye nivået av OC og DSB i røyer fra Ellasjøen. Dette ble analysert ved å sammenligne uttrykkelsesnivået av elleve gener involvert i DNA-DSB-reparasjon i leverprøver fra røyer fra Ellasjøen (n=9) med røyer fra Laksvatn (n=12). Seks av de studerte genene var signifikant oppregulert i røyer fra Ellasjøen. Denne økningen var positivt korrelert med nivået av OCs og DNA-DSB i de respektive fiskene. Hypotesen for denne studien ble dermed bekreftet. Siden uttrykkelsen av gener involvert i DNA-DSB reparasjon var høyere i de eksponerte fiskene, er det sannsynlig at DNA-DSB-reparasjonskapasiteten er høyere i røyer fra Ellasjøen sammenlignet med røyene fra Laksvatn. Røyene fra Ellasjøen hadde likevel høyere nivåer av DSBs enn røyer fra Laksvatn. Det er mulig at nivået av OCs eller DSBs er over en bestemt terskelverdi, som gjør DNA-reparasjonskapasiten utilstrekkelig for å hindre DNA-trådbrudd fra å oppstå.

Persistent organic pollutants (POPs) have been detected in relatively high levels in the arctic environment, where they exert toxic effects on the affected organisms. It has been detected that Lake Ellasjøen on Bjørnøya, Norway (74.30°N, 19.01° E), has significantly higher levels of POPs in its sediment and biota compared to other arctic lakes, mainly due to guano depositions from resting seabirds. Arctic char (Salvelinus alpinus) is the only fish species resident in Lake Ellasjøen. It has been found that char of Ellasjøen have significantly higher levels of DNA double strand breaks (DSBs) compared to char from the control water Lake Laksvatn, and that the level of DSBs is correlated with the level of organochlorines (OCs) in the respective char. Even though there is increasing evidence of the genotoxic effects of POPs, little is known about the effects of POPs on the DNA repair system. The hypothesis for the present study is that the DNA DSB repair system is affected by the higher OC and DSB level in char of Ellasjøen. This was analysed by comparing the transcript level of 11 genes involved in DNA DSB repair in liver samples from char of Ellasjøen (n=9) with char from Laksvatn (n=12). Six of the investigated genes were significantly upregulated in char of Ellasjøen. This induction was positively correlated with the OC and DNA DSB level, thus supporting the hypothesis. As the expression of DNA DSB repair genes was increased in the contaminant-exposed char, it is likely that the DNA DSB repair capacity is induced in these individuals. However, as char of Ellasjøen still have significantly higher levels of DSBs compared to char of Laksvatn, it is possible that the OC or DSB level is above a certain threshold value, making DNA repair insufficient to prevent DNA breaks.