A magas zsírtartalmú étrend és az ösztradiol hatása a hipotalamusz prepro-QRFP mRNS expressziójára nőstény patkányokban

Allyson L. Schreiber

1 Élettani Tanszék, 1901 Perdido Street, Louisiana Állami Egyetem Egészségügyi Tudományos Központ-New Orleans, New Orleans, LA USA 70112

Kenneth P. Arceneaux, III

3 Pennington Biomedical Research Center, 6400 Perkins Road, Baton Rouge, LA, USA 70808

Raphael A. Malbrue

3 Pennington Biomedical Research Center, 6400 Perkins Road, Baton Rouge, LA, USA 70808

Alan J. Mouton

1 Élettani Tanszék, 1901 Perdido Street, Louisiana Állami Egyetem Egészségügyi Tudományos Központ-New Orleans, New Orleans, LA USA 70112

Christina S. Chen

2 ízületi diabétesz, endokrinológia és anyagcsere program, 6400 Perkins Road, Baton Rouge, LA, USA, 70808

Elias M. Bench

2 ízületi diabétesz, endokrinológia és anyagcsere program, 6400 Perkins Road, Baton Rouge, LA, USA, 70808

H. Douglas Braymer

3 Pennington Biomedical Research Center, 6400 Perkins Road, Baton Rouge, LA, USA 70808

Stefany D. Primeaux

1 Élettani Tanszék, 1901 Perdido Street, Louisiana Állami Egyetem Egészségügyi Tudományos Központ-New Orleans, New Orleans, LA USA 70112

2 ízületi cukorbetegség, endokrinológia és anyagcsere program, 6400 Perkins Road, Baton Rouge, LA USA 70808

3 Pennington Biomedical Research Center, 6400 Perkins Road, Baton Rouge, LA, USA 70808

Absztrakt

Bevezetés

Az étrendi zsír kritikus fontosságú az egészségi állapot, a fejlődés és a reproduktív funkció szempontjából. A túlsúlyos/elhízott egyének azonban számos fiziológiai és pszichológiai társbetegséget tapasztalhatnak (Friedman és Kim, 1985; Linne, 2004; Nelson és Fleming, 2007; Norman és Clark, 1998; Wade és Jones, 2004). Habár ezek közül a társbetegségek közül sok mind a férfiaknál, mind a nőknél elterjedt, a nőknél az elhízás magasabb szintű meddőséggel, II. Típusú cukorbetegséggel, szív- és érrendszeri betegségekkel, depresszióval és a rák egyes formáival társul (Guh et al., 2009; Hackethal et al., 2014; Yao és mtsai, 2014). Férfi társaiktól eltérően a nők elhízási aránya az egész életen át folyamatosan növekszik, a menopauza utáni nők körülbelül 42% -át elhízottnak tekintik (NHANES). A várható élettartam drámai növekedése miatt a nők életük második felét ösztrogénhiányban töltik, ami hajlamosítja őket a zsigeri elhízás, a metabolikus szindróma, az inzulinrezisztencia és a II. Típusú cukorbetegség kialakulására (Carr, 2003; Ley et al., 1992; Louet et al., 2004; Mauvais-Jarvis, 2012; Mauvais-Jarvis et al., 2013; Panotopoulos et al., 1996; Phillips et al., 2008; Rosety-Rodriguez et al., 2013).

Számos tanulmány vizsgálta az endogén ösztrogének szerepét az energia homeosztázisban. A rágcsálómodellek adatai azt mutatják, hogy a nőstények több kalóriát fogyasztanak a diestrus során, mint a proestrus vagy az estrus, az ivarzású patkányok fogyasztják a legkevesebb kalóriát (Asarian and Geary, 2006, 2013; Wade, 1972). Az ovariectomia (OVX) révén az endogén ösztrogén és a progeszteron jelentős csökkenése hiperfágiát, a súly és az adipozitás gyors növekedését, valamint az étkezés méretének, a szérum glükóz, koleszterin, trigliceridek és szabad zsírsavak növekedését okozza (Eckel, 1999; Eckel és Geary, 1999; Eckel et al., 2000; Eckel és Moore, 2004; Majumdar et al., 2014; McElroy és Wade, 1987; Messina és mtsai, 2006; Santollo és Eckel, 2008a; Schneider et al., 1986; Wade, 1975; Wade és Schneider, 1992). Az ösztrikus ciklus, az OVX és az ösztradiol-benzoát (EB) kezelésének a hatását a különféle peptidek és gyógyszerek táplálkozási hatásaira vizsgáló tanulmányok bemutatták az ösztradiol (E2) komplex szerepét az energia homeosztázisban (Brown és Clegg, 2010; Eckel, 1999; Eckel és mtsai, 2002; Eckel és mtsai, 2005; Messina és mtsai, 2006; Rivera és Eckel, 2005; Rivera és mtsai, 2009; Santollo és Eckel, 2008a, b). Ezenkívül a vizsgálatok beszámoltak az ösztrikus ciklus és az E2 kezelés hatásáról a táplálkozási magatartásban szerepet játszó hipotalamusz peptidek expressziójára (Gao és mtsai., 1997; Khorram és mtsai., 1985; Le és mtsai., 1991; Leibowitz és mtsai., 1998).; Olofsson és mtsai, 2009; Petersen és mtsai, 1993; Silva és mtsai, 2010; Vigo és mtsai, 2007a; Vigo és mtsai, 2007b; Zhao és mtsai, 2005).

A jelenlegi kísérletsorozat célja az volt, hogy megvizsgáljuk az E2 hipotalamusi prepro-QRFP, QRFP-r1 (VMH/ARC) és QRFP-r2 (LH) mRNS expresszióját HFD-vel vagy LFD-vel táplált nőstény patkányokon. Az észter ciklus során bekövetkező, az OVX és az EB pótlása után bekövetkező expressziós változásokat értékeltük a VMH/ARC és az LH.

Anyagok és metódusok

Állatok

Felnőtt nőstény Long Evans patkányokat (Harlan, Inc., Indianapolis, IN) érkezéskor 150–175 g között használtak. A patkányokat normál cipősdob ketrecekben helyezték el egy AAALAC (a laboratóriumi állatok gondozásának értékelését és akkreditálását végző egyesület) által jóváhagyott állattartó létesítményben 12/12 órás világos/sötét cikluson (0700-kor világít), ad libitum hozzáférhető élelemmel és vízzel. A patkányok folyamatosan hozzáférhettek a pelletált, magas zsírtartalmú étrendhez (HFD, 60% kcal zsírból; D12492; Research Diets, New Brunswick, NJ) vagy pelletált alacsony zsírtartalmú étrendhez (LFD, 10% kcal zsírból; D12450B; Kutatási étrend) Valamennyi eljárást a Pennington Biomedical Research Center és az LSU Health Sciences Center Intézményi Állatgondozási és Felhasználási Bizottságok hagyták jóvá.

1. kísérlet: Az ösztrikus ciklus hatása a hipotalamusz gén expressziójára

Az ösztrikus ciklus meghatározása két héttel kezdődött a HFD vagy LFD étrendhez való hozzáférést követően. Ezalatt a testtömeget és a táplálékfelvételt mérték. A napi hüvelyi keneteket mosás útján vettük át kerékpáros nőstény patkányoktól 0900 és 1000 között 2 hétig. Az ösztrikus fázis meghatározása a sejtek hüvelykenet-citológiáján alapult, kis teljesítményű mikroszkóp alatt, a korábban leírtak szerint (Primeaux, 2011). Röviden, a diestrust a leukociták és a magos hámsejtek jelenlétével azonosították. A Proestrus-t a kerek magvú sejtek nagy csoportjai és a leukociták hiánya alapján azonosították. Az ösztrust kornifikált sejtek jelenlétével azonosították. A nőstényeket az ösztrikus ciklus meghatározása után eutanizálták, és az ösztrikus fázist a reproduktív szervek szemrevételezéssel (n = 7–13/fázis/diéta) ellenőrizték. Az agyakat eltávolítottuk, szárazjégen lefagyasztottuk, és további feldolgozásig -80 ° C-on tároltuk.

2. kísérlet: Az OVX hatása a hipotalamusz gén expressziójára

Az OVX esetében a nőstény patkányokat közvetlenül a műtét előtt altatták izofluránnal (1,5–3% oxigénben). A patkány hátsó oldalsó régióit megborotválták, megtisztították és helyi érzéstelenítővel (Lidacaine/Buvicaine; 1mg/kg, sc) injektálták a kényelmetlenség csökkentése érdekében. A petefészkeket kisméretű, kétoldali hátsó oldalsó metszésekkel távolítottuk el. A petefészkek eltávolítását követően az izommetszeteket steril felszívódó (Vicryl) varratokkal varrtuk, a bőrmetszéseket pedig sebcsipeszekkel lezártuk. A műtét után Carprofent (1,0 mg/kg, sc) adtak posztoperatív fájdalomcsillapításra. A patkányokat HFD-vel vagy LFD-vel etették 2 héttel az OVX műtét után. Pár etetésű csoportokat vontunk be az OVX-hez kapcsolódó hiperfágia (OVX-PF) ellen. Az OVX-PF csoportok napi kalóriabevitelét az 1. kísérletben résztvevő kerékpáros patkányok napi HFD és LFD bevitelén alapoztuk. A testtömeg és a táplálékfelvételt 3 hétig mértük. A petefészkek eltávolítását az elpusztításkor igazolták (n = 8–9/csoport/diéta), az agyakat eltávolították, szárazjégre fagyasztották és -80 ° C-on tárolták a további feldolgozásig.

3. kísérlet: Hypothalamicus génexpresszió EB-kezelést követően

A nőstény patkányok OVX műtéten estek át, a 2. kísérletben leírtak szerint. A patkányokat a HFD-hez vagy az LFD-hez szokták az OVX-műtét előtt 1 héttel. A műtét után egy héttel minden patkánynak 4 naponta ösztradiol-benzoátot (EB, 4 ng/100 nl, sc, 1500 óra) adtunk, hogy utánozzuk a patkány ösztrikus ciklusát. A táplálékfelvételt és a testtömeget naponta 3 hétig értékelték. A patkányokat vagy 09:00 órakor feláldoztuk azon a napon, amikor az EB-t be kellett volna kapni (EB előtti csoport), vagy 09:00 órakor az EB (EB csoport) beadását követő napon. A petefészkek eltávolítását az elejtéskor igazolták (n = 8–10/csoport/diéta), az agyakat összegyűjtötték, lefagyasztották és -80 ° C-on tárolták a további feldolgozásig.

Valós idejű polimeráz láncreakció (PCR)

Statisztikai analízis

Az 1. kísérletben a hipotalamusz gén expresszióját 2 × 3 ANOVA (étrend × ösztrikus fázis) segítségével értékeltük. Az átlagos napi táplálékfelvételt kilokalóriában (kcal) értékeltük az esztikus ciklus minden fázisában, minden étrendnél, egyirányú ANOVA alkalmazásával. A testtömeg-növekedést egyének közötti t-teszt alkalmazásával értékeltük. A 2. kísérletben 2 × 3 ANOVA-t alkalmaztunk a hipotalamusz génexpresszióbeli különbségek elemzésére a diestrusok (az 1. kísérletből) és az OVX és OVX-PF patkányok között, amelyek HFD-t vagy LFD-t fogyasztottak. 2 × 2 ANOVA-t alkalmaztunk az átlagos napi táplálékfelvétel és a testtömeg-növekedés különbségeinek elemzésére az OVX és az OVX-PF között. A 3. kísérletben 2 × 2 ANOVA-t alkalmaztunk a HFD-t vagy LFD-t fogyasztó patkányok gén expressziójára, átlagos napi táplálékfelvételére és testtömeg-növekedésére gyakorolt hatásának értékelésére. Bonferroni post-hoc teszteket alkalmaztunk a csoportok összehasonlítására, amikor jelentős fő hatást vagy interakciót észleltünk. P szignifikancia szint 1A ábra). HFD-vel táplált patkányokban a prepro-QRFP mRNS szintje a legmagasabb volt a diestrus alatt, míg az LFD-vel táplált patkányokban a prepro-QRFP mRNS expressziója a proestrus során volt a legmagasabb. Az étrend szignifikáns hatását detektáltuk a QRFP-r1 mRNS expressziójára a VMH/ARC-ben (F = 4,3, p. 1B. Ábra). A QRFP-r1 expresszió a diestrus során volt a legnagyobb HFD-vel táplált patkányokban. A prepro-QRFP mRNS-ben nem találtunk különbséget az LH-ban (1C. Ábra), azonban a QRFP-r2 mRNS-t jelentősen befolyásolta az ösztrikus ciklus (F = 4,8, p 1D ábra), a legnagyobb expresszió a diestrus során következett be. A HFD-t fogyasztó nőstények táplálékfelvétele az észt ciklusban különbözött (F = 7,1, p 1. táblázat). A diesztrus patkányok több ételt fogyasztottak, mint az ivarzásban szenvedő patkányok. Összességében a HFD-t fogyasztó patkányok nagyobb súlyhoz jutottak, mint az LFD-vel táplált patkányok (t = 5,6, p 1. táblázat).

2. kísérlet: Az OVX hatása a hipotalamusz gén expressziójára

A prepro-QRFP mRNS expresszióját a VMH/ARC-ben a HFD-fogyasztás növelte (F = 2,8, p 2A ábra). A páros táplálás gyengítette az OVX-indukálta prepro-QRFP expresszió növekedését HFD-vel táplált patkányokban, de nem LFD-vel táplált patkányokban. A QRFP-r1 mRNS szintjét a VMH/ARC-ben a HFD-fogyasztás is növelte (F = 5,6, p 2B ábra). A HFD és az OVX nem befolyásolta a prepro-QRFP vagy a QRFP-r2 mRNS-t az LH-ban (2C. Ábra, 2D. Ábra). Az átlagos napi táplálékbevitel magasabb volt az OVX patkányokban, mint az OVX-PF patkányokban (F = 10,8, 1. táblázat). A HFD-vel táplált patkányok nagyobb súlyt kaptak, mint az LFD-vel táplált patkányok (F = 60,3, p 1. táblázat).

Az OVX után minden patkány 4 naponként kapott EB-t. Az EB beadási ütemterve alapján az EB előtti csoport patkányaiban volt a legalacsonyabb az ösztradiolszint, az EB csoportban pedig a patkányokban volt a legmagasabb az ösztradiolszint. A. A HFD bevitel növelte a prepro-QRFP mRNS-t az EB előtti csoportban lévő patkányok VMH/ARC-jében. Az EB-kezelés minden patkányban csökkentette a prepro-QRFP szintet. B. Az EB kezelés csökkentette a QRFP-r1 mRNS expresszióját a VMH/ARC-ben. C. Az EB-kezelés nem változtatta meg a prepro-QRFP mRNS expresszióját az LH-ban. D. Az EB kezelés csökkentette a QRFP-r2 expresszióját az LH-ban. Az értékeket a ciklofilin szintjéhez viszonyítva mutatjuk be, és az LFD-vel táplált patkányoknál a diestrusban történő változásokként. Az adatokat átlag ± SEM-ként mutatjuk be, p 2. ábra: A VMH/ARC-ben a prepro-QRFP expressziót OVX növelte az LFD-vel táplált patkányokban. A páros etetés nem változtatta meg ezt a hatást, annak ellenére, hogy az OVX-PF patkányok kevesebb táplálékot fogyasztottak és kevesebb súlyt kaptak. A HFD-vel táplált patkányokban azonban az OVX fokozta a prepro-QRFP mRNS expresszióját, amelyet páros táplálás gyengített. Ismét a HFD bevitele és a súlygyarapodás csökkent páros etetéssel, és az OVX-PF patkányok nem ettek több HFD-t, mint az LFD. A HFD-vel táplált OVX-PF csoport VMH/ARC-jában a prepro-QRFP expresszió megemelkedett a diestrusban táplált LFD-vel táplált patkányokhoz képest, ami arra utal, hogy az étrend összetétele hatással van a QRFP expressziójára OVX-indukált hiperfágia hiányában. Ezenkívül a páros etetés ellenére a HFD-vel táplált OVX-PF patkányok nagyobb súlyt kaptak, mint az LFD-vel táplált társaik. Ezek az adatok arra utalnak, hogy mind az E2, mind a HFD befolyásolja a QRFP expresszióját, és hogy a kalória csökkenése nem elegendő az prepro-QRFP VMH/ARC expressziójának csökkentéséhez E2 hiányában. Az OVX után a HFD-t fogyasztó patkányok expresszálták a legmagasabb szintű prepro-QRFP és QRFP-r1 mRNS-t, ami arra utal, hogy a QRFP aktivitása potenciálisan növekedhet ebben az agyrégióban.

A harmadik kísérletet az E2 hipotalamusi QRFP, QRFP-r1 és QRFP-r2 mRNS expressziójában betöltött közvetlen szerepének felmérésére terveztük. Az OVX-t követően minden patkányon négynaponta EB-kezelést végeztek, hogy utánozzák a patkány ösztrikus ciklusát. Ezt a protokollt használták a hyperphagia és a túlzott testtömeg-növekedés megelőzésére az OVX után. A QRFP, QRFP-r1 és QRFP-r2 mRNS-t az EB előtti, azaz az EB-kezelést megelőző reggel és az EB-utáni, az EB-kezelést követő reggelen mértük. Ezek egybeestek az EB legalacsonyabb és legmagasabb reggeli szintjével. Az EB kezelés szignifikánsan csökkentette a prepro-QRFP mRNS expresszióját az LFD és HFD táplált patkányok VMH/ARC-jében, támogatva a QRFP expresszió E2 általi szabályozását. Az EB-kezelés a QRFP-r1 és a QRFP-2 expresszióját is csökkentette, különösen a HFD patkányokban, ami arra utal, hogy az EB képes csökkenteni a QRFP aktivitását. A 2. kísérlet eredményeihez hasonlóan a HFD-fogyasztás növelte a QRFP expressziót a VMH/ARC-ben az EB-kezelés előtt. Érdekes módon ez az átlagos napi táplálékfogyasztás vagy a súlygyarapodás megfigyelt növekedése nélkül következett be a HFD-vel táplált patkányokban, ami ismét az étkezési zsír hatására utal, amely nem függhet a hyperphagia-tól és az E2 erős hatásától a QRFP expresszióján.

Fénypontok

a prepro-QRFP mRNS expresszióját a VMH/ARC-ben az ösztrikus fázis és a HFD befolyásolja.

A petefészek-eltávolítás és a HFD-bevitel növeli a prepro-QRFP mRNS szintjét a VMH/ARC-ben.

Az ösztradiol-benzoát beadása csökkenti a prepro-QRFP mRNS szintjét a VMH/ARC-ben.

Az ösztradiol szabályozza a QRFP expresszióját nőstény patkányok VMH/ARC-jében.

Köszönetnyilvánítás

Ezt a kutatást az LSUHSC-NO támogatta az SDP számára. Ezt a munkát részben a P20-RR021945 támogatta az Országos Kutatási Források Központjától és az NIH Központ 1P30> DK072476 támogatásától a Pennington Biomedical Research Centerig.

Lábjegyzetek

Kiadói nyilatkozat: Ez egy szerkesztetlen kézirat PDF-fájlja, amelyet kiadásra elfogadtak. Ügyfeleink számára nyújtott szolgáltatásként a kéziratnak ezt a korai változatát biztosítjuk. A kézirat átmásolásán, szedésén és a kapott bizonyíték felülvizsgálatán átesik, mielőtt a végső hivatkozható formában közzétennék. Felhívjuk figyelmét, hogy a gyártási folyamat során olyan hibákat fedezhetnek fel, amelyek befolyásolhatják a tartalmat, és a naplóra vonatkozó minden jogi felelősségvállalás vonatkozik.