Te is az vagy, amit édesanyád eszik Megkülönböztetett proteomportrét az anya zsírtartalmának eredményeként

Tárgyak

Absztrakt

Az epidemiológiai vizsgálatok összefüggést sugallnak az anyák elhízása és az utódok káros neurodevelopmentális eredményei között. Célunk az volt, hogy összehasonlítsuk az agykéregben a globális proteomportrét azok között az egerek között, akik magas zsírtartalmú vagy kontroll étrendben lévő anyáktól születtek, akik maguk is magas zsírtartalmú vagy kontroll étrendet kaptak. A patkáktól született hím egerek kontroll (C) vagy magas zsírtartalmú (H) étrendet tápláltak 4 héttel a fogantatás előtt és a vemhesség alatt, és a laktációt C vagy H étrendhez rendelték az elválasztáskor. Az egereket a 19. héten leöltük, és agykérgüket kétdimenziós folyadékkromatográfia-tömegspektrometriás módszerrel elemeztük. Összesen 6 695 fehérjét azonosítottak (q

Bevezetés

A reproduktív korú nőstényeket nem mentesítették az elhízás járványa alól. 1 Mivel a „Barker” elmélet 22 évvel ezelőtt merült fel, 2 felhalmozódó bizonyíték alátámasztja, hogy a magzati táplálkozási szempontból veszélyeztetett intrauterin környezetekhez való alkalmazkodás (például alultápláltság, elhízás) későbbi életszakaszban káros következményekkel járhat, ezt a folyamatot fejlesztési programozásnak nevezik. 3, 4 Epidemiológiai vizsgálatok összefüggést találtak az anyák elhízása és az utódok neuropatológiai jellemzői között, mint például a kognitív problémák gyermekkorban, étkezési rendellenességek serdülőkorban és pszichotikus epizódok felnőttkorban. 5.

A magas zsírtartalmú étrend okozta elhízást rágcsálókban széles körben alkalmazták in vivo modell az elhízás különböző szervrendszerekre gyakorolt hatásainak tanulmányozására. 6 Legjobb tudomásunk szerint a globális szöveti proteomikát korábban nem alkalmazták az anya elhízásának a felnőtt utódok agyterületeire gyakorolt hatásainak felmérésére. Célunk az volt, hogy megvizsgáljuk és összehasonlítsuk azon hím felnőtt egér agykérgek endofenotípusos arcképét, akiknek anyái a terhesség/szoptatás alatt és az elválasztás után maguk is magas zsírtartalmú vagy kontroll étrendnek voltak kitéve.

Anyagok és metódusok

Bizonyított C57b1/6 gátaknak kontrollt (C) adtak (21% kcal zsír, 17% kcal fehérje, 63% kcal szénhidrát, = 4) vagy magas zsírtartalmú (H) chow étrend (45% kcal zsír, 20% kcal fehérje, 35% kcal szénhidrát; Special Diet Services, Egyesült Királyság, = 4) 4 héttel a fogamzás előtt, valamint a vemhesség és a laktáció ideje alatt. Az elválasztáskor 4 hetes hím utódok (= 24) C vagy H csoportba soroltuk, négy csoportot (CC, CH, HC, HH) létrehozva, = 6 mindegyikre) (1a. Ábra).

(a) Proteomikai munkafolyamat és címkézési rendszer, () Az agykéreg összes elemzett fehérjéjének iTRAQ arányainak fő elemzése az egerek csoportosulását mutatja, az anyai étrend alapján, és nem a jelenlegi étrendjük alapján, vagyis a kék pontok (CH/CC) a vöröstől (HH/CC) külön csoportosulva és a zöld pontok (HC/CC) az 1. fő komponens mentén. A minta felosztása a 2. fő komponens mentén abból adódik, hogy az egyes mintákat elkülönítjük egy másik kontrollal, vagyis CC1-vel (pöttyök a tetején) vagy CC2-vel (pöttyök az alján). (c) A gyakran fel- és lefelé szabályozott fehérjék Venn-diagramjai CH, HC és HH egerekben a kontrollokkal (CC) összehasonlítva. (d) A modulált fehérjék hierarchikus csoportosítása: a HC és a HH csoportok hasonló proteomi portréval rendelkeznek, amely különbözik a CH egerekétől.

Tizenkilenc hetes egereket altattunk, intracardiálisan perfuzáltunk foszfáttal pufferolt sóoldattal, az agyakat eltávolítottuk, a frontoparietális kéregekre boncoltuk és fagyasztva megpattintottuk. A kísérleti eljárásokat a Southamptoni Egyetem Intézményi Állattenyésztési és Felhasználási Bizottsága és a Belügyminisztérium hagyta jóvá. 7

A feldolgozatlan nyers fájlokat a Proteome Discoverer 1.4-hez küldték a cél csalik keresésére a SequestHT segítségével triptikus peptidek számára, lehetővé téve két elmaradt hasítást, 10 ppm toleranciát, minimális 6-os peptidhosszat és 2 maximálisan változó (1 egyenlő) módosítást: oxidáció (M), deamidálás ( N, Q), foszforilezés (S, T, Y), iTRAQ 8plex (Y). A Methythio (C) és az iTRAQ (K és N-teminus) rögzített módosításai voltak. A töredezett iontömeg-tűrés 0,02 Da és 0,5 Da volt a nagyobb energiájú ütközés által indukált és az ütközés által indukált disszociációs spektrumok esetében. A hamis felfedezési arányt (FDR) a Percolator segítségével becsültük meg ⩽ 0,01-nél, és az érvényesítést beállítottuk q-érték

Eredmények

A proteomikai elemzés eredményeként 18 543 peptidet azonosítottunk 6695 egyedi fehérjévé (1. kiegészítő táblázat). A biológiai replikátumokon át profilált összes fehérje iTRAQ arányának átlagos együttható-variációját 16% -nak, 12% -nak és 13% -nak határoztuk meg a CH, HC és HH csoportokban. A biológiai replikátumok közötti analóg koefficiens variációs értékeket a szerzők hasonló proteomikai módszertanok felhasználásával jelentették. 8., 9. Az elemzett proteom főkomponens-elemzése azt mutatta, hogy a magas zsírtartalmú étrendnek perinatálisan kitett egerek csoportosulása a jelenlegi étrendtől függetlenül (1b. Ábra). Összesen 662 fehérjét (2. kiegészítő táblázat) találtunk modulálva a három csoport legalább egyikében. Hierarchikus csoportosulásukból kiderült, hogy azoknak az egereknek az agykérge, amelyeknek anyja magas zsírtartalmú étrendet folytatott, függetlenül a saját étrendjüktől, nagyon hasonló endofenotípusos arcképet osztottak meg, amely különbözött azoktól az egerekétől, akiknek anyja kontroll étrenden volt (1c ábra).

A modulált fehérjék közül 251 volt gyakori a HC és HH csoportokban (1d. Ábra és 3. kiegészítő táblázat). A MetaCore elemzés azt mutatta, hogy a hipoxiára/oxidatív stresszre adott válasz (FDR korrigálva P-= 1,45E-02) és az apoptózis/endoplazmatikus retikulum stressz útja (FDR korrigálva -érték = 3,53E-02) csak a magas zsírtartalmú étrendnek perinatálisan kitett egerek agykérgében voltak jelentősen felülreprezentált folyamatok (2. ábra). Az apoptózis indukcióját oxidatív stressz hatására kereszt-referenciával vizsgáltuk a BiNGO-val (1. kiegészítő ábra). Ezzel szemben ezek a funkciók nem szignifikánsan gazdagodtak a CH egerekben.

Hálózati elemzés a MetaCore segítségével: jelentős gazdagítás a (a) hipoxiára/oxidatív stresszre adott válasz (FDR korrigálva -= 3,53E-02) és () apoptózis/endoplazmatikus retikulum stressz útja (FDR korrigálva -érték = 1,45E-02) a felnőtt utódok agykéregében az anyai zsírtartalmú étrend eredményeként. Az elemzett fehérjéket körrel jelöljük (piros = ureguláció, kék = downreguláció).

Vita

Vizsgálatunk az egér agykérgének eddigi legátfogóbb proteom profilja. Az eredmények új bizonyítékot szolgáltatnak az anyai zsírtartalmú étrend és a felnőtt utódok agykérgében bekövetkező endofenotípusos változások közötti összefüggésre. Az epigenetikus DNS-metilációs minták lehetséges mechanizmusok lehetnek e „táplálkozási lenyomat” létrehozására, 10 de ennek megfejtése meghaladta a tanulmány kereteit.

In silico A magas zsírtartalmú étrendnek perinatálisan kitett egerek agykéregében általában modulált fehérjék értelmezése a hipoxiára/oxidatív stresszre és az apoptózisra/endoplazmatikus retikulum stresszre adott válasz jelentős felülreprezentáltságát mutatta ki (2. ábra), amelyek egyaránt neurodegeneratív fenotípusra való progresszióra utalnak.

A hipoxiára/oxidatív stresszre adott reakcióval összefüggő elemzett enzimek a következők voltak: peroxiredoxin-1, peroxiredoxin-2, peroxiredoxin-4, szuperoxid-diszmutáz (Mn) mitokondriális, glutation-peroxidáz 1, glutation-S-transzferáz omega 1, tioredoxin-reduktáz 1 citoplazma dehidráz/xanthine oxidáz. Ezeknek a reaktív oxigénfajtáknak (ROS) gátló fehérjeinek szabályozása az anyai elhízás következtében megnövekedett oxidatív stresszre utalhat a felnőtt egerek agykéregében.

Korábban beszámoltak arról, hogy az anyai zsírtartalmú étrend fokozott oxidatív stresszhez vezet a felnőtt utód agyrégióiban a 3-nitrotirozin és a fehérje-karboxiláció szintjének mérésével, ezáltal közvetett utat adva az oxidatív stressznek. A zsírsavak oxidatív metabolizmusa általában ROS-t generál, amely az intracelluláris nukleofilek, például a mitokondriális DNS és a fehérjék kovalens módosulását okozza, beleértve a redoxfeldolgozásban részt vevőket is. 12 Az oxidatív károsodási termékek felhalmozódása az idegsejtek citoplazmájában megelőzi az Aβ lerakódását az agyi amiloid angiopathiában és az Alzheimer-kórban. 13 Az Aβ ROS által közvetített kovalens módosítása - más fehérjék mellett - szintén szerepet játszhat csökkentett clearance-ében. 14

A globális agyi ischaemia/reperfúzió (I/R) hasznos modell a megnövekedett oxidatív stressz agyi régiókban gyakorolt hatásaival kapcsolatban. Az I/R fokozza a szabadgyökök termelését és az oxidatív stresszt, ami viszont neuronális apoptózist okozhat. 15 Az I/R modellen keresztül azt tapasztalták, hogy az oxidatív stressz csökkentésével megelőzhető az agy neuronkárosodása. 16 Mivel a neuronális apoptózis irreverzibilis folyamat, az oxidatív stressz enyhítése csökkentheti a neurodegeneratív betegségek kockázatát. Egy nemrégiben végzett tanulmány kimutatta a kakukkfűből és petrezselyemből származó természetes termék, a β-mircén neuroprotektív hatásait egerekben az I/R nyomán. 17 Ebben a tanulmányban a β-mircén kezelés az I/R indukciójával egyidejűleg csökkentette az oxidatív stresszt és megakadályozta a neurodegenerációt ROS-gátló enzimek, például glutation-peroxidáz és szuperoxid-dismutáz indukciójával.

Egy másik tanulmány kimutatta, hogy a svájci albínó egerek S-allil-ciszteinnel, a fokhagymában fitokémiai anyagokkal történő előzetes kezelése megakadályozta a streptozotocin által kiváltott kísérleti demencia kognitív és viselkedési károsodását. Ezt a hatást ROS-gátló fehérjék, köztük glutation-peroxidáz indukciójának tulajdonították. 18 Hasonló tendenciákat figyeltek meg a gyümölcsből származó polifenolok esetében is. Alacsony szisztémás biohasznosulásuk és a ROS-fajok közvetlen elkülönítésében tapasztalható lassú reaktivitás ellenére a polifenolok sejt- és molekuláris mechanizmusokat indítanak el, részben ROS-gátló enzimek indukciója révén, amelyek csökkent neuronális oxidatív károsodást és kognitív hanyatlást eredményeznek. 19 Denny Joseph et al. 20 kiemelte a halolaj és a lilahagymában található vegyület, a kvercetin kombinálásának hatékonyságát az oxidatív stressz csökkentésében a patkányagyban, és ezáltal a neurodegeneráció elleni védelemben.

A vizsgálati korlátok magukban foglalják a nem validált tömegspektrometriás elemzési eredményeket alternatív megközelítések (például immunhisztokémia) alkalmazásával, a funkcionális vizsgálatok hiányát és a fehérje oxidációs állapotának értékelését. Ezek a prospektív tanulmányok célkitűzései. Összefoglalva, tanulmányunk kimutatta, hogy az anyai elhízás különböző proteom portrékat eredményezett, ami neurogeneratív fenotípust sugall a felnőtt utódok agykérgében.

Hivatkozások

Flegal KM, Carroll MD, Ogden CL, Curtin LR. Az elhízás elterjedtsége és tendenciái az amerikai felnőttek körében, 1999–2008. JAMA 2010; 303: 235–241.

Barker DJ. Az időskori betegségek magzati eredete. Eur J Clin Nutr 1992; 46: S3 – S9.

Iozzo P, Holmes M, Schmidt MV, Cirulli F, Guzzardi MA, Berry A et al. Az egészséges és egészségtelen öregedés fejlődési ORI-je: az anyai elhízás szerepe - bevezetés a DORIAN-ba. Obes tények 2014; 7: 130–151.

Gluckman PD, Hanson MA, Cooper C. Thornburg KL. A méhen belüli és a korai életkörülmények hatása a felnőttek egészségére és betegségeire. N Engl J Med 2008; 359: 61–73.

Van Lieshout RJ, Taylor VH, Boyle MH. A terhesség előtti és a terhességi elhízás, valamint az utódok neurodevelopmentális eredményei: szisztematikus áttekintés. Obes Rev 2011; 12.: e548 – e559.

Zambrano E, Nathanielsz PW. Mechanizmusok, amelyek segítségével az anyai elhízás programozza az elhízás utódjait: állatkísérletek bizonyítékai. Nutr Rev 2013; 71.: S42 – S54.

Hawkes Kalifornia, Gentleman SM, Nicoll JA, Carare RO. A szülés előtti, magas zsírtartalmú étrend megváltoztatja a β-amiloid agyi érrendszerét és clearance-ét felnőtt utódoknál. J Pathol 2014; 235: 619–631.

Papachristou EK, Roumeliotis TI, Chrysagi A, Trigoni C, Charvalos E, Townsend PA et al. Az emberi ThinPrep méhnyak kenetének puskás proteomikai vizsgálata iTRAQ tömegjelöléssel és 2D LC-FT-Orbitrap-MS alkalmazásával: az emberi papillomavírus kimutatása fehérjeszinten. J Proteome Res 2013; 12.: 2078–2089.

Al-Daghri NM, Al-Attas OS, Johnston HE, Singhania A, Alokail MS, Alkharfy KM et al. A teljes szérum 3D LC-nESI-FTMS kvantitatív proteomika feltárja a szexuális dimorfizmust a túlsúlyos és elhízott felnőttek Milieu Intérieur-jában. J Proteome Res 2014; 13.: 5094–5105.

Soubry A, Murphy SK, Wang F, Huang Z, Vidal AC, Fuemmeler BF et al. Az elhízott szülők újszülöttjei megváltoztatták a DNS-metilációs mintázatot a nyomtatott géneknél. Int J Obes (Lond) 2013. e-kocsma a nyomtatás előtt 2013. október 25. doi: 10.1038/ijo.2013.193.

Fehér CL, Pistell PJ, Purpera MN, Gupta S, Fernandez-Kim SO, Hise TL et al. A magas zsírtartalmú étrend hatása a patkányok Morris labirintus teljesítményére, oxidatív stresszére és gyulladására: az anyai étrend hozzájárulása. Neurobiol Dis 2009; 35: 3–13.

Jacobs AT, Marnett LJ. Az elektrofil stressz által kiváltott fehérje-modifikáció és sejtválaszok rendszerelemzése. Acc Chem Res 2010; 43: 673–683.

Carare RO, Hawkes Kalifornia, Jeffrey M, Kalaria RN, Weller RO. Áttekintés: agyi amiloid angiopathia, prion angiopathia, CADASIL és a fehérje eliminációs kudarc angiopathiák (PEFA) spektruma neurodegeneratív betegségben, a terápiára összpontosítva. Neuropathol Appl Neurobiol 2013; 39: 593–611.

Butterfield DA, Bader Lange ML, Sultana R. A lipidperoxidációs termék, a HNE bevonódása az Alzheimer-kór patogenezisébe és progressziójába. Biochim Biophys Acta 2010; 1801: 924–929.

Heo JW, Han SW, Lee SK. A szabad gyökök az agy ödéma kialakulásának kiváltó okai a stroke után. Ingyenes Radic Biol Med 2005; 39: 51–70.

Oztanir MN, Ciftci O, Cetin A, Aladag MA. A hesperidin C57BL/J6 egérmodellben csillapítja a globális agyi ischaemia/reperfúzió által okozott oxidatív és idegsejt károsodást. Neurol Sci 2014; 35: 1393–1399.

Ciftci O, Oztanir MN, Cetin A. A β-mircén neuroprotektív hatásai a globális agyi ischaemia/reperfúzió által közvetített oxidatív és neuronális károsodást követően egy C57BL/J6 egérben. Neurochem Res 2014; 39: 1717–1723.

Javed H, Khan MM, A kán, Vaibhav K, Ahmad A, Khuwaja G et al. Az S-allil-cisztein csillapítja az oxidatív stresszel járó kognitív károsodást és a neurodegenerációt az Alzheimer-típusú streptozotocin által kiváltott kísérleti demencia egérmodelljében. Brain Res 2011; 1389: 133–142.

Singh M, Arseneault M, Sanderson T, Murthy V, Ramassamy C. Az Alzheimer-kórban az élelmiszerekből származó polifenolok kutatásának kihívásai: biohasznosulás, anyagcsere, valamint sejtes és molekuláris mechanizmusok. J Agric Food Chem 2008; 56: 4855–4873.

Denny Joseph KM, Muralidhara. A halolaj fokozott neuroprotektív hatása kvercetinnel kombinálva a 3-nitropropionsav ellen indukált oxidatív stresszt patkányagyban. Prog Neuropsychopharmacol Biol Pszichiátria 2013; 40: 83–92.

Köszönetnyilvánítás

Ezt a tanulmányt a BBSRC, a Rosetrees Trust és a Wessex Cancer Trust and Medical Research, Egyesült Királyság finanszírozta. Hálával tartozunk Roger Allsopp úrnak, Derek Coates úrnak és a Hope for Guernsey-nek a lelkesedésük, az adománygyűjtésük és a jövőképük miatt a proteomikai infrastruktúra létrehozásában a Southamptoni Egyetem - Ráktudományi Intézet/Élettudományi Intézetnél. Köszönjük Dr. X Zhangnak és Dr. D Ankrettnek a nagy teljesítményű folyadékkromatográfiai rendszer használatát. Ezúton is köszönjük a PRIDE csapat támogatását.

Szerzői információk

S D Garbis és R O Carare: Az SDG és a ROC közösen vezetik a tanulmányt, és társ-vezető szerzők.

Hovatartozások

Proteomikai Kutatóközpont, Élettudományi Intézet, Southamptoni Egyetem, Southampton, Egyesült Királyság

Egy Manousopoulou, H E Johnston & S D Garbis

Klinikai és kísérleti tudományok, Southamptoni Egyetem, Southampton, Egyesült Királyság

Egy Manousopoulou, J Woo, C H Woelk, A Singhania, C Hawkes, S D Garbis és R O Carare

Ráktudományok, University of Southampton, Southampton, Egyesült Királyság

H E Johnston & S D Garbis

A PubMed Google Scholar alkalmazásban is kereshet erre a szerzőre

Levelező szerzők

S D Garbis vagy R O Carare levelezése.

Etikai nyilatkozatok

Versenyző érdekek

A szerzők nem jelentenek összeférhetetlenséget.

További információ

Kiegészítő információk kísérik ezt a cikket az International Journal of Obesity weboldalán