A glükóz intolerancia és az elhízás generációk közötti átadása az egerek méh alultápláltsága révén

Absztrakt

CÉLKITŰZÉS-Az alacsony születési súly (LBW) az elhízás, a cukorbetegség és a szív- és érrendszeri betegségek fokozott kockázatával jár együtt a felnőtt élet során. Sőt, ez a beprogramozott betegség kockázat a következő generációk számára is előrehaladhat. Korábban leírtuk az LBW egérmodelljét, amelyet anyai kalória-alultápláltság (EN) állított elő késői terhesség alatt. Az LBW utódok (F1-UN generáció) öregedésével progresszív elhízás és csökkent glükóz tolerancia (IGT) alakul ki. Célul tűztük ki, hogy az ilyen anyagcsere-fenotípusok átvihetők-e a következő generációk számára kísérleti modellben, még a második terhesség alatt megváltozott táplálkozás nélkül is.

KUTATÁSI TERVEZÉS ÉS MÓDSZEREKKereszteztük a nőstény és hím F1 felnőtt kontroll (C) és az ENSZ egereket, és metabolikus fenotípusokat jellemeztünk F2 utódokban.

EREDMÉNYEK-Kimutattuk, hogy 1) a csökkent születési súly az apai vonalon keresztül F2 utódokká fejlődik (C♀-C♂ = 1,64 g; C♀-UN♂ = 1,57 g, P módszerek), míg a Pref1 lokuszban a differenciálisan metilezett régiók metilezése Southern-blottolással értékelve (28).

Test felépítés.

A testösszetételt kettős energiájú röntgenabszorpciós módszerrel elemeztük (Hologic, Waltham, MA) (29).

Szérumelemzés.

Felnőtt egerek vérmintáit vettük fel a farokvénából, míg törzsvért az ED16.5 magzatokból a lefejezés után. A vércukorszintet Glucometer Elite-vel (Bayer, Elkhart, IN) mértük. Az inzulint, a leptint (enzimhez kapcsolt immunszorbens teszt; Crystal Chem), a triglicerideket, a glicerint (GTO-Trinder trigliceridek vizsgálata; Sigma) és a nem észterezett zsírsavakat (fél-mikro teszt; Roche) mértük 2–5 μl szérummintákon.

Statisztikai analízis.

Az adatokat átlag ± SE-ként fejezzük ki. A statisztikai elemzést kétfarkú t teszt vagy ANOVA (Statview) segítségével végeztük. P ≤ 0,05 szignifikánsnak tekintettük.

EREDMÉNYEK

A testtömeg generációk közötti öröklése.

Ahogy azt korábban leírtuk, az F0 gátak 50% -os globális kalóriakorlátozása a terhesség utolsó hetében tompította a feto-anyák növekedését, és 15% -kal csökkent az utódok születési súlya (F1-UN) (25). Az F1 egerek terhességében az anya táplálékfelvétele és a feto-anya súlygyarapodása (2. kiegészítő táblázat) hasonló volt a négy kísérleti csoport között. Ennek ellenére a születési súly mérsékelten, de jelentősen csökkent a C♀-UN♂ és az UN♀-UN♂ utódokban a C♀-C♂-hez képest (1B. Ábra); Az UN♀-C♂ egerek normális születési súlyúak voltak a kontrollokhoz képest. Az alom mérete és a terhesség hossza minden csoportban hasonló volt (2. kiegészítő táblázat). Szülés után mind a négy F2 csoport súlya hasonló volt a 40 héthez (1C ábra).

Mivel a terhesség alatti feto-anyai táplálkozási állapot figyelembe veheti a megfigyelt különbségeket a születési súlyban, meghatároztuk mind a fő makrotápanyagok anyai, mind magzati szérumkoncentrációját, amelyek hozzájárulnak a magzat növekedéséhez. Az F0-UN nőstényekben a kalória-korlátozás 34% -os szérum glükóz- és 80% trigliceridszint-csökkenést eredményezett a terhesség 16.5. Napjára (P + csatorna, Sur1/Kir6.2 alegységekből áll. Ennek a komplexnek a funkcionális képességét a in vivo fertőzés a szulfonil-karbamid tolbutamiddal (1 mg/kg ip) A tolbutamid 15% -os szérum inzulin növekedést váltott ki 30 perc után C-C2 egerekben (P 50%, P = 0,1) (kiegészítő 2B. ábra). Érdekes módon az UN♀-C♂ szigeteken a válasz szinte normális volt, de a diazoxidnak csak minimális hatása volt a C♀-UN♂ és az UN♀-UN♂ szigeteken (5–10% -os csökkenés) (kiegészítő 2B. Ábra). adatok arra utalnak, hogy a diszfunkcionális káliumcsatorna aktivitás hozzájárulhat az inzulin szekréciójának károsodásához az F2 egerekben.

Mely mechanizmus (ok) felelősek a csökkent Sur1 expresszióért mind az F1, mind az F2 szigeteken? Mivel a csökkent Sur1 génexpresszió az apai vonalon keresztül F2 utódokká fejlődik, feltételeztük, hogy a Sur1 expresszió csökkenését részben a megváltozott DNS metiláció közvetíti; azonban nem figyeltünk meg különbségeket a Sur1 proximális promóter régió metilációjában (2. ábra). A megközelítésünk potenciális korlátja, hogy szigetekből származó DNS-t (β-, α-, δ- és PP-sejtek keveréke) használtunk fel, potenciálisan elfedve a β-sejt-specifikus különbségeket. Alternatív megoldásként a Sur1 csökkent expressziója az F1 és F2 egerek szigeteinél annak is köszönhető, hogy 1) megváltozott egy másik genomi régió (k) metilációja, 2) megváltozott hisztonmódosítás vagy 3) megváltoztak a Sur1-t szabályozó egyéb transzkripciós faktorok kötődése/expressziója . A jövőbeni kísérletek a Sur1 csökkent expresszióját közvetítő lehetséges mechanizmusokra összpontosítanak.

Egy további tényező, amely valószínűleg hozzájárulhat a glükóz tolerancia romlásához az UN♀-UN♂ egerekben, az inzulinrezisztencia, amelyet 6 hónapos korban figyeltek meg (2B. És 3B. Ábra). Megjegyzendő, hogy az inzulinrezisztencia akkor jelentkezik, amikor mindkét szülő növekedése korlátozott volt a méhben, ami azt sugallja, hogy a két vonal közötti kapcsolódás szükséges és elegendő az inzulinrezisztencia kiváltásához. Míg az UN♀-UN♂ egerek inzulinrezisztenciájának hátterében álló specifikus mechanizmusok vizsgálata még folyamatban van, érdekes megjegyezni, hogy az UN♀-UN♂ egerek 4 hónapos korukra megnövekedett viscerális zsírral rendelkeznek (5A. Ábra). Ezért csábító azt feltételezni, hogy az inzulinrezisztencia másodlagosan kialakulhat a zsigeri zsír progresszív felhalmozódása miatt az UN♀-UN♂-ban.

Az elhízás generációk közötti átadása.

A gyermekkori elhízás összefügg a szülők elhízásával (45). Bár nehéz megosztani a közös környezeti tényezők relatív hozzájárulását ezekhez a fenotípusokhoz emberben, az anyai metabolikus diszreguláció a terhesség alatt kulcsfontosságú lehet (46,47). Hasonlóképpen bemutatjuk, hogy az adipozitási fenotípusok az anyai származáson keresztül F2 utódokká fejlődnek (5A. Ábra), ami a terhesség alatti finom anyai anyagcsere-rendellenességet és/vagy az anya epigenetikai hatásait vonja maga után. Fontos megjegyezni, hogy ezekben a csoportokban a megnövekedett zsírtartalom ellenére a testtömeg hasonló maradt a kontrollokéhez (1C. Ábra). Ezért az F1-ENSZ nőstények utódainak nincs nyilvánvaló elhízása, de a testösszetételük elmozdulást mutat (nagyobb a zsírtömeg és az ezzel együtt csökkent sovány testtömeg) (26). Másrészt, bár az apai átvitel önmagában nem elegendő az adipozitás kialakulásához a C♀-UN♂ egerekben, az apai hatások hozzájárulhatnak az UN♀-UN♂ egerek megnövekedett hasi zsír felhalmozódásához az UN♀-C♂ egerekhez képest.

Ezután értékeltük az UN potential-C♂ és az UN increased-UN♂ egerekben a fokozott adipozitást közvetítő lehetséges mechanizmusokat. Először is, az ételbevitel minden csoportban hasonló volt (nem látható). Másodszor, az adipocita differenciálódási markerek, köztük a peroxiszóma proliferátor által aktivált receptor γ, a CCAAT/enhancer kötő fehérje α, a zsírsavat kötő 4-es fehérje vagy a Glut4 expressziója hasonló volt az összes F1 és F2 csoportban (3. kiegészítő táblázat) (EI, JCJ- C., M. Woo, AC, J. DeCoste, M. Vokes, M. Liu, S. Kasif, A.-M. Zavacki, R. Leshan, M. Myers, európai parlamenti képviselő, publikálatlan adatok). Hasonlóképpen nem figyeltünk meg jelentős eltéréseket az F2 csoportok közötti adipocita méreteloszlásban (nem látható). További vizsgálatokra lesz szükség annak meghatározásához, hogy az adipocita metabolikus funkciójának vagy a szisztémás energia homeosztázisának változásai hozzájárulnak-e az adipozitáshoz.

Mivel az elhízás az UN♀-UN♂ egerekben részleges szerepet játszik az epigenetikus tényezőkben, nagyon érdekes, hogy a Pref1 expresszió szignifikánsan csökkent az F1-UN, C♀-UN♂ és UN♀-UN♂ egerekben (5C. D). A Pref1 expresszió patrilinealis öröklődése azzal magyarázható, hogy az apától örökölt kromoszómából származik; A megváltozott expresszió várhatóan öröklődik az F1-UN hímektől, de nem az F1-UN nőstényektől. A funkcionális Pref1 hiányos egereknél fokozott az adipozitás (48); fordítva: a Pref1 túlexpresszáló egerek zsírtartalma csökkent (49) (A.F.-S., nem publikált adatok). Így a csökkent Pref1 expresszió részben hozzájárulhat az elhízás kialakulásához F1-UN, UN♀-C♂ és UN♀-UN♂ egereknél. Míg adataink alátámasztják a Pref1 potenciális szerepét az egérmodellben az adipozitás kialakulásában, meg kell jegyezni, hogy expresszióját az epididymális zsírban határozták meg, egy depóban, amelynek nincs közvetlen párhuzama az emberben. Így bár sok zsírgén hasonlóan expresszálódik mind rágcsálókban, mind emberekben (50), a Pref1 gén expressziós adatainak extrapolálását a modellünkről az emberekre óvatosan kell végezni.

A Pref1 lenyomatát az apai és az anyai allél egyaránt komplex kontroll alatt tartja (28). Nem észleltünk változásokat a differenciálisan metilált régiók metilációjában, amelyek szabályozzák az impresszumot ebben a lokuszban az F1 vagy az F2 nemzedék 4 hónapos egereinek zsírjában (4. ábra). Ezek az adatok arra engednek következtetni, hogy a Sur1-hez hasonlóan a Pref1 megváltozott expressziója vagy az upstream transzkripciós faktor expressziójának vagy funkciójának megváltozásának, hiszton-módosításnak, vagy epigenetikusan módosított másik, még ismeretlen genomi régiónak köszönhető. Így további vizsgálatokra van szükség az epigenetika potenciális szerepének meghatározásához a mi modellünkben.

Összegzésként bemutatjuk, hogy az anyák alultápláltsága a terhességi programok során csökkentette a születési súlyt, a glükóz-intoleranciát és az elhízást az első és második generációs utódokban, annak ellenére, hogy a második terhesség alatt ad libitum etették. E fenotípusok különböző aspektusait az anyai származás (elhízás), az apai származás (csökkent születési súly) vagy mindkettő (glükóz-intolerancia) közvetíti. A fenotípusok átvitelében mutatkozó nemi különbségek összetett mechanizmusokat tartalmaznak: 1) a betegség matrilinealis öröklődése multifaktoriális, és magában foglalja az anyagcsere, az epigenetika és a mitokondriális mechanizmusokat; és 2) a patrilinealis öröklődés elsősorban az epigenetikus mechanizmusoknak köszönhető. Noha még nem értjük a betegség magzati programozásához kapcsolódó molekuláris mechanizmusok komplex sorozatát, az ilyen vizsgálatoknak nagy jelentősége lesz a felnőttkori fenotípusok megelőzését és/vagy modulálását célzó jövőbeni terápiás beavatkozások megtervezése során, nemcsak LBW embereknél, hanem gyermekeikben és unokáikban.