absztrakt
A fő
A magzati növekedés zavara, amely alacsony születési súlyt eredményez, régóta összefügg a kóros anyagcsere-funkciók felnőttkori kialakulásának fokozott kockázatával (1). Így az alacsony születési súly növeli az elhízás és a 2-es típusú cukorbetegség kialakulásának kockázatát az emberek későbbi életében (2). Az alacsony emberi születési súly a csontvázizom inzulinjelzésének csökkenésével jár együtt felnőttkorban (3-5), a máj inzulinrezisztenciájával (6) és csökkent inzulinszekrécióval (7). A pontos mechanizmus, amellyel a károsodott magzati növekedés inzulinrezisztenciát okoz az utódokban, nem ismert, de a közelmúltban a mitokondriális oxidatív stresszt javasolták lehetséges mechanizmusként (8).
Számos állatmodellt fejlesztettek ki a károsodott magzati növekedés utánzására, amelyek mindegyike szabályozatlan glükóz-anyagcserét és megváltozott inzulinérzékenységet mutat felnőtt korában (9). Az egyik ilyen modell a terhességi fehérje korlátozása, ahol az anyákat alacsony fehérjetartalmú étrenddel táplálják terhesség alatt (9). Az anyai LP étrend hatására vonatkozó legtöbb tanulmány a béta-sejtek diszfunkciójára összpontosított (9), bár az anyai LP étrend perifériás inzulinérzékenységre gyakorolt hatását vizsgálták, ami a fiatal állatok számának növekedését jelzi (10), de csökkenést mutat a kölykök számában. öreg állatok (11, 12).
Ebben a tanulmányban arról számolunk be, hogy az anyai LP étrend jelentős és minőségileg elkülönülő változásokat okoz a génexpresszióban a májban és a vázizomban, és hogy a taurin részben megakadályozza a máj ezen változásainak 30% -ában, illetve a vázizomzatban bekövetkező 46% -os változásokat.
mód
Az állatok.
Nőstény szűzeket (7-8 hetesek, n = 3 étrendcsoportonként) C57BL/6 egereket (Taconic, Ejby, Dánia) C57BL/6 egerekkel pároztunk. A hüvelydugó megfigyelése után (0. terhességi nap) az egereket randomizálták étrend négy különböző csoportjára: normál fehérje (20% kazein; NP; Hope Farms 4400, 00, Woerden, NL) vagy LP (8% kazein; LP; Hope Farms 4400.01) 1% (w/v) taurinral vagy anélkül ivóvízben (tau, azaz NP + tau vagy LP + tau) (szintetikus taurin; Sigma Chemical Co.-Aldrich, St. Louis, MO).
Négy különböző étrendcsoportot tekintettek túlnyomórészt izoklórozottnak, mivel a taurin-kiegészítés csak kis mértékben járult hozzá a kalóriabevitelhez: Az egerek naponta körülbelül 7 ml vizet ittak, és körülbelül 7 g takarmányt fogyasztottak naponta (21). Az NP-étrend esetében ez megfelel a takarmányban elért napi fehérjebevitelnek, amelynek napi 1,4 g fehérje (20% kazein) vagy napi körülbelül 0,22 g N-ekvivalense (16% nitrogént feltételezve). Hasonlóképpen, az étrendben az LP-étrend napi teljes fehérjebevitele (8% kazein) 0,56 g fehérje vagy körülbelül 0,09 g N-ekvivalens. A taurinban dúsított vízből 0,07 g taurin vagy 0,0078 g N-ekvivalens (taurin-tartalom 11,2% nitrogén), azaz a nitrogénbevitel kevesebb mint 10% -os növekedése. N-hozzájárulásától függetlenül a taurin nem pótolja az esszenciális aminosavak alacsonyabb bevitelét, amelyet az LP-étrend okoz.
Az egereket 12 órás világos/sötét ciklusban tartottuk. A 19. napon egerek születtek, és az újszülött kölyköket megmérettük, lefejezéssel leöltük, és a máj és a hátsó láb vázizmait gyorsan és kvantitatív módon eltávolítottuk, lemértük, folyékony nitrogénben lefagyasztottuk és -80 ° C-on tároltuk. további vizsgálat. Összesen 25 különböző anya 25 kölykét elemeztek, csoportonként 5 ≤ n ≤ 7 kölyök, amelyek mindegyike hím és nőstény kölyök keveréke volt. Az összes kísérleti eljárást a Dániai Állatkísérleti Nemzeti Bizottság és a dániai Koppenhágai Egyetem helyi állattartó intézménye hagyta jóvá.
AZ EREDMÉNYEK
Született súly és enzimaktivitás az újszülöttek májában és izmaiban.
Az egereket négy különböző izoklór-étrendnek vetették alá a terhesség 1. napjától a születésig, az anyagok és módszerek szerint. Az LP-étrend ∼ 40% -os csökkenést okozott (p 
Az anyai LP étrend változásokat hoz a testtömegben; részleges mentés taurinnal. Az anyák és módszerek szerint különféle méhen belüli étrendnek alávetett újszülött egereket születésükkor lemértük. NP (20% kazein) vagy LP (8% kazein) terhesség alatt. Taurin, a taurin 1% -os pótlása ivóvízben terhesség alatt. ¶, p
Anyai LP-diétának alávetett egerek újszülöttjeinek máj- és vázizom-expressziós génjeinek profilozása taurin-kiegészítéssel vagy anélkül. A minták és a génexpressziós minták hierarchikus csoportosítása szignifikánsan különbözött az egerek újszülöttjei között, akiket vagy az anyai LP-diéta, vagy az anyai NP-étrend követett. (A) Máj (2012 gének), (B) máj, taurin mentett gének (600 gén), (C) vázizom (967 gén), (D) vázizom, taurin mentett gének (444 gén). NP (20% kazein) vagy LP (8% kazein) terhesség alatt, tau, 1% taurinpótlás ivóvízben terhesség alatt. A számok a biológiai ismétléseket jelzik.
Teljes méretű kép
A májban az összes ismert kódoló gén 2012-ben teljesen észleletlen transzkriptumainak expresszióját az anyai LP-diéta jelentősen megváltoztatta (S5A táblázat, //links.lww.com/PDR/A56), míg valamivel kisebb számú 967 nem redundáns transzkriptum, amelyek mindegyike ismert gént kódol, megváltozott a vázizomzatban (S5B. Táblázat, //links.lww.com/PDR/A56) (páros hamis felfedezési arány −16, Fishers pontos teszt).
A megváltozott gének közül azt találtuk, hogy a mitokondriális gének (S2 és S3 táblázat, //links.lww.com/PDR/A56) és az oxidatív foszforilációban szerepet játszó gének között (S4. Táblázat, //links.lww.com/) PDR/A56) voltak a leggyakrabban ábrázolt génkészletek a májban és a vázizmokban (3. és 4. táblázat). A trikarbonsav (TCA) ciklusában, a piruvát anyagcserében és a glikolízisben részt vevő gének csak a vázizomokban voltak jelen (4. táblázat). Az aminosav-anyagcserében részt vevő gének túlzott expresszióját figyelték meg mind a májban, mind a vázizmokban (3. és 4. táblázat). A mitokondriális biogenezis egyik kulcsszabályozóját, a peroxiszóma proliferátor által aktivált γ-koaktivátor-1α (PGC-1α) receptort azonban mindkét szövet szöveti LP-étrendje szabályozta (S1 táblázat, // links.lww.com/PDR/A56). ).
Asztal teljes méretben
Asztal teljes méretben
Amikor a géneket funkció szerint csoportosítottuk (3. ábra A), a máj és a vázizomzat energia-anyagcseréjében nagy különbség figyelhető meg a felfelé és lefelé szabályozott gének között, bár mindkét szövetben más irányban. Hasonlóképpen, amikor a legnagyobb génállomány volt jelen, a mitokondriális gének (3. ábra B) funkció szerint csoportosítva egyértelmű különbséget figyeltek meg a máj és a vázizomzat között. A gének funkció szerinti csoportosításakor nem figyeltek meg nyilvánvaló különbséget a taurin mentési hatásában a szövetek között.
A megváltozott gének osztályozása biológiai funkció szerint. A, A gének jelentősen megváltoztak az újszülötteknél a májban és a vázizomban méhen belüli LP étrendre reagálva. Összehasonlításképpen, csak azokat a géneket mutatjuk be, amelyek megváltoztak a májban és a vázizmokban. B, a mitokondriális gének megváltoztak az újszülöttekben a méh és a vázizmok in utero LP diétájának hatására. A szürke/fekete sávok az egerek újszülöttjeinek lefelé/felfelé mutató génjeit mutatják, amelyek uterusban LP-diétának vannak kitéve, az NP-étrendhez képest. A kikelt oszlopok jelzik a taurin kiegészítéssel megmentett gének számát.
Teljes méretű kép
A taurin-mentő hatás szignifikánsan magasabb volt a májzsírsav-anyagcserében részt vevő géneknél más génkészletekhez képest (p = 0,027, Fishers pontos tesztje) (3. táblázat), míg a vázizomokban ez a megmentő hatás csak az anyagcserében részt vevő géneknél volt . oxidatív foszforiláció és TCA-ciklus (p = 0,010 és p = 0,029, Fishers pontos teszt) (4. táblázat).
VITA
A tanulmány új megállapításai a következők voltak: 1) az anyai LP-étrend jelentős változásokat váltott ki az újszülöttek máj- és vázizom-génexpressziós mintázatában, 2) hogy a mitokondriális gének általában és különösen az oxidatív foszforilációs gének változásai jelentősek voltak. a májban és a csontvázizomban, főleg a máj felfelé és a vázizomban lefelé szabályozva, végül 3) hogy az anyai taurin pótlása ivóvízben terhesség alatt meglepően nagy mértékben megakadályozta ezeket a változásokat a génexpressziós modellekben mindkét esetben. máj és vázizomzat (megelőzés a májban 30%, az izmokban 46%). Fontos, hogy a taurin részben megakadályozta az anyai LP étrend okozta születési súly csökkenését is.
Születési súly.
Az NN utódokhoz viszonyítva 40% -os csökkenést találtunk az LP utódok születési súlyában. Ez valamivel nagyobb születési súlycsökkenést jelent, mint azt korábban rágcsálóknál jelentették: patkányokban 18-35% (11, 23) és 28% C57BL/6 egerekben (24), míg mások csak 7% -os súlyvesztést figyeltek meg. . ugyanaz az egértörzs (25), valószínűleg az étrendi összetétel különbségei miatt. Nem figyeltünk meg semmilyen különbséget a szervtömeg: a teljes testtömeg arányában, ami ellentétesnek tűnik egy korábbi patkányokkal végzett vizsgálattal (23). Ezenkívül meglepő volt, hogy a taurin-kiegészítés szinte megakadályozta az alacsony születési súlyt; különösen azért, mert ezt a hatást hasonló vizsgálatban patkányokon nem figyelték meg (19). Ezek az eltérések azonban valószínűleg a fajok közötti különbségeket tükrözik.
Változások a máj és a vázizom globális génexpressziós modelljeiben.
Az intrauterin növekedés retardációjának másik patkánymodelljében megállapították, hogy a májban csökken a méh artéria lekötése, a máj glükóztermelése, a foszfoenol-piruvát-karboxikináz és a PGC-1α aktivitása, valamint az oxidatív foszforilációs képesség (30) (31). Hasonló megfigyelés történt a vázizomzatban is (32). A terhességi fehérje korlátozása nem szenved a rendelkezésre álló O 2 csökkenésének mellékhatásaitól, amit a méhartér ligálása bizonyít, és a megfigyelések közötti különbségek ennek a ténynek tulajdoníthatók.
A vázizomzat oxidatív foszforilációjának alacsonyabb szintű szabályozása több esetben társult a 2-es típusú cukorbetegség és az inzulinrezisztencia kialakulásához (33-35). Noha a pontos mechanizmus ismeretlen, a csontvázizom mitokondriumainak és/vagy az oxidatív foszforilációs aktivitás csökkenése, valamint a születéskor fellépő mitokondriális diszfunkció, ha tartós, csökkenő β-oxidációs képességgel járhat, ami megnövekedett intracelluláris lipidtartalomhoz és későbbi az inzulinjelzés megzavarása (36). Ezt a hipotézist azonban nemrégiben vitatták (37).
Érdekes módon az embereknél a születési súly pozitív kapcsolatban van a PGC-1α expressziójával a vázizomzatban felnőtteknél (6), de a mitokondriális biogenezist kontrolláló PGC-1α ellenére (38) a mitokondriális génexpresszióban és az oxidatív foszforilációban nem figyeltek meg egyidejű különbséget . alacsony születési súlyú (6). Azonban a mitokondriális génexpresszió csökkenése, amelyet ebben a vizsgálatban figyeltek meg, és nem felnőtteknél, tükrözheti az újszülöttek és a felnőttek közötti különbséget vagy a fajok közötti különbségeket.
A fenotípus részleges megmentése taurin-kiegészítéssel.
A taurin kimutatták, hogy az anyai LP étrend káros hatásait az utódok hasnyálmirigy-működésére korábban megmentette (19, 20, 39, 40). Azonban ilyen hatásokat nem vizsgáltak a májban és a vázizmokban.
A máj és az izom gén expressziós profiljain a taurin kiegészítésével nagy megragadási hatást tapasztaltunk, lényegesen több mitokondriális gént mentettünk meg a vázizomban, mint a májban, ami a taurin vázizomzatának előnyös mitokondriális lefoglalási hatására utal, a májhoz képest. Ezen kívül meglepődtünk azon, hogy a taurin még specifikusabb megmentő hatással bír, mert a máj zsírsav-anyagcseréjének génjeit, valamint az oxidatív foszforilációban és a vázizomzatban a TCA-ciklusban részt vevő géneket előnyben részesítették a többi génhez képest (3-4. Táblázat) ). Táblázat: S4, //linkek.lww.com/PDR/A56). Az anyai LP étrend és a taurin szigetek gén expressziójára gyakorolt hatását vizsgáló hasonló tanulmány a légzőszervi és TCA ciklikus gének csökkent expresszióját is kimutatta, ezeket a változásokat a taurin kiegészítés teljesen megmentette (40). Eredményeinkkel együtt ez határozottan arra utal, hogy a taurin hatását a mitokondriális mechanizmus közvetíti.
A plazma taurin-szintet az egészséges magzati táplálkozás jelzőjeként tartják számon (41), és feltételezik, hogy a plazma megfelelő taurin-koncentrációja előfeltétele lehet a normális magzati fejlődésnek (41). Ezt megerősíti az a megfigyelés, miszerint a taurin-transzporter (TAUT) hiánya nagy mértékben csökkenti a testmozgást (13), ami összefüggésbe hozható azzal a megfigyeléssel is, hogy a TAUT-expresszió fokozódik a myogenezis során, és hogy a taurin képes megvédeni az atrófiák által kiváltott dexametazon ellen (42) Ez képet alkot a taurinról, mint a myogenezis és esetleg a mitokondriális biogenezis szükséges tényezőjéről.
A májban a taurin-hiány, amint az a TAUT knockout egereknél látható, fokozza a máj apoptózisát és gyulladását, valamint csökkenti a mitokondriális légzésszabályozás arányát (43). A taurinról kimutatták, hogy antiapoptotikus hatással van a májra és normalizálja a tamoxifen által kiváltott mitokondriális diszfunkciót patkányokban (44). Számos jelentés szól az anyai LP-diéta hatásáról az utód DNS kölyökmodelljeire (45, 46), de nincs bizonyíték a taurin részvételére ebben a folyamatban. Érdekes módon a taurin csökkenti az N-metilációt a patkány szívében (47).
Módszertani szempontok.
A C57BL/6 egerek hypertaurinurikusak (15), és fontos megfontolni, hogy a taurin hatása oka lehet-e további taurinként szállított nitrogénnek vagy kénnek. A taurin nitrogénellátása a teljes nitrogénbevitel kisebb része (lásd: Anyagok és módszerek), és nem valószínű, hogy a taurin ebben a vizsgálatban megfigyelt hatásai a kén-aminosavak fokozott rendelkezésre állásának köszönhetők, mivel úgy tűnik, hogy nagyon kevés, ill. a taurin metabolikus átalakulása metioninná vagy ciszteinné (48). A legtöbb hasonló tanulmány a taurin magasabb koncentrációját használta az ivóvízben (2,0% vagy 2,5%) (19, 20, 39, 40), mint az ebben a vizsgálatban alkalmazott 1% -os koncentrációt.
Összegzésképpen elmondható, hogy a terhesség alatti egerek LP-étrendje nagy változásokat okozott a testtömeg profiljában, valamint az újszülöttek májának és vázizmának génexpressziójában. Az expresszió változásai elsősorban a mitokondriális génekhez kapcsolódtak, de a májban és a vázizmokban markánsan különböztek. Az anyai taurin-pótlás ivóvízben részben megakadályozta a testtömeg változását és a génexpresszió változását. Különösen az oxidatív foszforilációban szerepet játszó vázizom gének szinte teljesen normalizálódtak a taurin kiegészítésével. A taurin ezen hatásainak mechanizmusa továbbra sem ismert.