Many animals experience periods of food shortage in their natural environment. It has been hypothesised that the metabolic responses of animals to naturally-occurring periods of food deprivation may have long-term negative impacts on their subsequent life-history.In particular, reductions in energy requirements in response to fasting may help preserve limited resources but potentially come at a cost of increased oxidative stress. However, little is known about this trade-off since studies of energy metabolism are generally conducted separately from those of oxidative stress.Using a novel approach that combines measurements of mitochondrial function with in vivo levels of hydrogen peroxide (H2O2) in brown trout (Salmo trutta), we show here that fasting induces energy savings in a highly metabolically active organ (the liver) but at the cost of a significant increase in H2O2, an important form of reactive oxygen species (ROS).After a 2-week period of fasting, brown trout reduced their whole-liver mitochondrial respiratory capacities (state 3, state 4 and cytochrome c oxidase activity), mainly due to reductions in liver size (and hence the total mitochondrial content). This was compensated for at the level of the mitochondrion, with an increase in state 3 respiration combined with a decrease in state 4 respiration, suggesting a selective increase in the capacity to produce ATP without a concomitant increase in energy dissipated through proton leakage. However, the reduction in total hepatic metabolic capacity in fasted fish was associated with an almost two-fold increase in in vivo mitochondrial H2O2 levels (as measured by the MitoB probe).The resulting increase in mitochondrial ROS, and hence potential risk of oxidative damage, provides mechanistic insight into the trade-off between the short-term energetic benefits of reducing metabolism in response to fasting and the potential long-term costs to subsequent life-history traits.
Les restrictions alimentaires sont courantes dans le milieu naturel et peuvent impacter de nombreux animaux. Il a été émis l'hypothèse que les animaux, face à ces épisodes de restriction alimentaire, mettaient en place des réponses métaboliques pouvant affecter leurs histoires de vie future.En particulier, si une diminution des besoins énergétiques lors du jeûne peut contribuer à préserver les réserves de l'animal cela peut néanmoins entraîner une augmentation du stress oxydant. Ce type de compromis n'a toutefois pas encore été démontré car l'étude du métabolisme énergétique est généralement réalisée séparément de celle du stress oxydant.Par une nouvelle approche combinant des mesures du fonctionnement mitochondrial et des niveaux in vivo de peroxyde d'hydrogène (H2O2) chez la truite commune (Salmo trutta), nous montrons ici que le jeûne entraîne une économie d'énergie dans un tissu métaboliquement très actif tel que le foie, mais au coût d'une augmentation significative en H2O2, une forme majeure des espèces réactives de l'oxygène.Après deux semaines de jeûne, les truites communes ont réduit leurs capacités respiratoires mitochondriales (état 3, état 4 et l'activité de la cytochrome c oxydase) principalement du fait d'une réduction de la taille du foie (et donc du nombre total de mitochondries). Une compensation a été observée au niveau de la mitochondrie. Cela se traduit par une augmentation de la respiration en état 3 et une diminution concomitante de celle en état 4, suggérant une augmentation sélective des capacités de production de l'ATP sans augmentation parallèle de l'énergie dissipée par la fuite de protons. La diminution des capacités métaboliques du foie chez les poissons à jeun était associée in vivo à des niveaux quasiment doubles de H2O2 mitochondriaux (mesurés par la sonde MitoB).Cette augmentation en espèces réactives de l'oxygène dans les mitochondries, avec son risque inhérent de dommages oxydatifs, apporte une vision mécanistique du compromis entre les bénéfices énergétiques à court terme d'une réduction métabolique en réponse au jeûne et les possibles coûts à long terme sur leurs traits histoires de vie futurs. A http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/1365-2435.13125/suppinfo is available for this article.
Keywords: MitoB probe; high‐resolution respirometry; in vivo; liver atrophy; mitochondrial respiratory state.