Határok a sejtek idegtudományában

Sejtes neurofiziológia

Szerkesztette
Francesco Moccia

Pavia Egyetem, Olaszország

Felülvizsgálta
Takumi Takizawa

Gunma Egyetem, Japán

Lei Liu

Florida Egyetem, Egyesült Államok

A szerkesztő és a lektorok kapcsolatai a legfrissebbek a Loop kutatási profiljukban, és nem feltétlenül tükrözik a felülvizsgálat idején fennálló helyzetüket.

vagy

  • Cikk letöltése
    • PDF letöltése
    • ReadCube
    • EPUB
    • XML (NLM)
    • Kiegészítő
      Anyag
  • Exportálás
    • EndNote
    • Referencia menedzser
    • Egyszerű TEXT fájl
    • BibTex
OSZD MEG

Eredeti kutatás CIKK

  • 1 Kísérleti Orvostudományi Osztály - Emberi Élettani Szekció, Nápolyi második Egyetem, Nápoly, Olaszország
  • 2 Orvostudományi Tanszék, Padovai Egyetem, Padova, Olaszország
  • 3 Biológiai Tanszék, Nápolyi Egyetem, Federico II, Nápoly, Olaszország

Bevezetés

Az elhízás és a cukorbetegség a morbiditás és a mortalitás fő oka a nyugati világban, és gyulladásos válaszokhoz, valamint oxidatív stresszhez vezethet a perifériás szövetekben (Hotamisligil, 2006). Számos adat jelzi, hogy a túl táplálkozással összefüggő betegségek a gyulladáshoz és a reaktív oxigénfajok (ROS) megnövekedett szintjéhez is kapcsolódnak az agyban (Cai, 2009). A hipotalamus az agyi régió, amely számos anyagcsere-szabályozásért felelős, és sok túl táplálkozással összefüggő betegség látszólag etiológiai összefüggésben áll a hipotalamusz neuronok deregulációjával, amelyek nagyon érzékenyek a táplálkozási oxidatív stresszre és gyulladásra (Cai, 2009). Kimutatták, hogy a túlzott táplálkozás aktiválhatja az IKKβ/NF-κB-t a hipotalamusz mediobasalis régiójában, amely a tápláltsági állapotot érzékelő és az anyagcserét szabályozó terület (Zhang et al., 2008). Az IKKβ/NF-κB a master-switch és a veleszületett immunitás és a kapcsolódó funkciók központi szabályozója. Egyes tanulmányok szerint az IKKβ/NF-κB, mint metabolikus gyulladás közvetítője, kapcsolatot jelenthet a túlzott táplálkozás és az elhízást okozó hipotalamusz szignalizáció diszfunkciói és a kapcsolódó problémák között (Zhang et al., 2008).

A gyulladásos jelátviteli utak egyik hatékony ellenszabályozója az adenozin-monofoszfát-függő kináz (AMPK; Salt és Palmer, 2012; Hernández-Aguilera et al., 2013). Az evolúciósan konzervált szerin/treonin kináz, az AMPK egy heterotrimer komplex, amelyet katalitikus α alegység, valamint szabályozó β és γ alegységek alkotnak. Az α alegység foszforilezése a Thr172-nél az AMPK-t aktivált pAMPK formává változtatja. Az AMPK a sejt energiaállapotának érzékelője, amely metabolikus stressz hatására képes katabolikus utak bekapcsolásával fenntartani a sejtenergia homeosztázisát (Hardie, 2014).

Számos tanulmány kimutatta, hogy a hyphotalamusban található AMPK szabályozza az ételbevitelt, és aktivitását számos hormon, például leptin, adiponektin és inzulin modulálja. Mivel ezek a hormonok részt vesznek a testtömeg, valamint a glükóz és a lipid anyagcsere szabályozásában, ezek a megállapítások arra utaltak, hogy az AMPK a leptin és az inzulin downstream effektoraként szolgálhat, és ezáltal jelátviteli molekulaként játszhat szerepet a hormon által kiváltott metabolikus válaszok során. Míg a leptin gátolja az AMPK aktivitását a hipotalamusz íves és paraventrikuláris magjaiban, az inzulinról ismert, hogy gátolja az AMPK aktivitását a laterális, a ventromedialis és a dorsomedialis hipotalamusz régióiban (Minokoshi et al., 2004). Mindezek az agyi régiók részt vesznek az élelmiszer-bevitel szabályozásában (Monda et al., 1993; Viggiano et al., 2006) és az energiafelhasználásban (Monda et al., 1996; Messina et al., 2013).

Az ω-3 többszörösen telítetlen zsírsavak (PUFA), a dokozahexaénsav (DHA) és az eikozapentaénsav (EPA) olyan étrendi vegyületek, amelyeket intenzíven tanulmányoznak, mint erős gyulladáscsökkentő termékeket, amelyek képesek csökkenteni az inzulinrezisztencia kockázatát és javítani az elhízáshoz társuló a hormonális kontrollt befolyásoló és az AMPK aktivitását moduláló rendellenességek (Xue et al., 2012; Martínez-Fernández et al., 2015). A közelmúltban bebizonyítottuk, hogy a telített zsírsavakban gazdag zsírsavak (SFA) helyettesítése halolajjal (gazdag ω-3 PUFA-ban) a magas zsírtartalmú étrendben (HFD) képes korlátozni a szisztémás és szöveti gyulladások kialakulását, máj steatosis és az inzulinrezisztencia csillapítása érdekében (Lionetti et al., 2014a, b; Cavaliere et al., 2016).

Itt teszteltük hipotalamusz szinten a telítetlen zsírsavval telített szubsztitúció hatását az AMPK-ra, az aktivált AMPK-ra (pAMPK at Thr 172), az IKKβ-ra, a gyulladásra és az oxidatív stresszre. Ezenkívül elemeztük ugyanazon állatoknál az inzulin, a leptin és a gyulladásos paraméterek szerepét az AMPK modulációjában.

Anyagok és metódusok

Az összes vegyi anyagot Sigma – Aldrich (St. Louis, MO, USA) vásárolta, hacsak másképp nem szerepel. Fiatal hím Wistar patkányokat (60 napos; 345 ± 7 g; Charles River, Calco, Lecco, Olaszország) egyedileg ketrecbe helyeztünk egy szabályozott hőmérsékletű helyiségben, és napi 12/12 órás világos/sötét ciklusnak tettük ki őket, szabad hozzáféréssel a chowhoz diéta és ivóvíz. A patkányokat három kísérleti csoportra osztottuk (n = 8) egy másik 6 hetes étrend szerint: az első csoport (kontroll étrend, CD) standard étrendet kapott (10,6% zsír J/J); a második csoport (LD) zsírban gazdag HFD-t kapott (40% zsír J/J); és a harmadik csoport (FD) megkapta a halolajban gazdag HFD-t (40% zsír J/J). Az összes étrendi rendszer összetételét az 1. táblázat tartalmazza.

1. táblázat: Fogyókúra összetétele.

Az egész kísérleti időszak alatt a testtömeg-növekedést és a bruttó energiafogyasztást kiszámítva naponta ellenőriztük a testtömegeket és a táplálékfelvételt. A kiömlött ételt összegyűjtötték és kompenzálták az élelmiszer-bevitel számításának újbóli beállításával. A standard vagy a HFD bruttó energiasűrűségét (15,8, illetve 20 kJ/g) egy bomba kaloriméterrel határoztuk meg (Parr adiabatikus kaloriméter, Parr Istrumentes Co, Moline, IL, USA).

Újabb CD, LD és FD állatok (n = Csoportonként 5 = 6 hetes kezelés után, i. inzulinnal (homológ gyors hatású, 10 egység/testtömeg-kg; Novartis, Bázel, Svájc).

A kísérleti kezelések végén a patkányokat i.p. kloral-hidrát injekciója (40 mg/100 g testtömeg), amelyet guillotinnal lefejeztek, és a vért az alsó cava vénából vették. A hipotalamust gyorsan leválasztották az agyról, és a megfelelő pufferbe helyezték át. Az összes mintát, amelyet nem használtunk fel azonnal, -80 ° C-on tároltunk.

Szérum paraméterek

A szérum koleszterin, trigliceridek, NEFA és glükóz szintjét standard eljárásokkal mértük. Az inzulin (Mercodia AB, Uppsala, Svédország), a TNF-α (Biovendor R&D, Brno, Csehország), az adiponektin és a leptin (B-Bridge International Mountain View, CA, USA) szérumszintjét a kereskedelemben kapható ELISA készletek segítségével mértük.

Lipidperoxidációs assay

A lipidperoxidáció meghatározásához a hipotalamusz homogenátumban a malondialdehid (MDA) szintjét tiobarbitursav reakció (TBAR) módszerrel mértük. Az MDA a tiobarbitursavval (TBA) reagálva rózsaszínű kromogént képez, amelyet az 532 hullámhosszon detektálnak. Az MDA értékeket nanomolban fejeztük ki milligramm agyfehérjében (Lu et al., 2009).

Redox státusz és nukleáris faktor Erythroid 2-hez kapcsolódó faktor (Nrf2) aktivált enzimek

A redukált glutation (γ-L-Glutamil-L-ciszteinil-glicin, GSH) és az oxidált glutation (γ-glutamil-L-cytinil-glicin-diszulfid, GSSG) koncentrációit a hipotalamuszban ditionitrobenzoesav (DTNBase) -GSSG reduktor segítségével mértük. (Bergamo et al., 2007); a GSH/GSSG arányt alkalmaztuk oxidatív stressz markerként. A glutation S-transzferáz (GST) és a NAD (P) H-kinon-oxidoreduktáz (NQO1) enzimatikus aktivitását spektrofotometriásan értékeltük agyi citoplazmatikus kivonatokban, standard protokollokkal (Benson és mtsai, 1980; Levine és mtsai, 1990).

Western Blot

A hipotalamust lízispufferben (10 mM HEPES, 10 mM KCl, 1,5 mM MgCl2, 12% glicerin, 0,5 mM DTT, 0,1 mM EGTA) homogenizáltuk proteázinhibitorok koktéljával (Sigma Aldrich). A fehérjéket (20 vagy 40 μg/sáv) 12% SDS-PAGE-n elválasztottuk és nitrocellulóz membránokra vittük át. A blotokat inkubáltuk AMPKα nyúl monoklonális antitesttel (Cell Signaling Technology; dil 1: 1000), pAMPKα (Thr172) nyúl monoklonális antitesttel (Cell Signaling Technology; dil 1: 1000), IKK-β nyúl monoklonális antitesttel (Abcam; dil 1: 500) vagy α-tubulin egér antitest (Sigma Aldrich; dil 1: 1000) egy éjszakán át 4 ° C-on, majd nyúl vagy egér IgG elleni szekunder antitesttel (Promega; dil 1: 2500) 1 órán át szobahőmérsékleten. A jeleket az ECL rendszerrel (Pierce) tettük láthatóvá. Az adatok normalizálásához az a-tubulin expressziós szintjét használtuk.

Statisztikai analízis

A statisztikai elemzéseket az SPSS 13.0 (SPSS Inc., Chicago, IL, USA) alkalmazásával végeztük. ANCOVA vagy egyirányú ANOVA, amelyet Tukey követ post hoc tesztet használtunk a csoportok közötti különbségek értékelésére. P A 0,05-nél kisebb értékeket statisztikailag szignifikánsnak tekintettük.

Etikai nyilatkozat

Az állatokat és gondozásukat érintő eljárásokat a nemzetközi és a nemzeti jogszabályoknak és politikáknak megfelelően hajtották végre (az állatkísérletekről szóló 2010/63/EU EU irányelv, az ARRIVE irányelvei és a 3R koncepciót is tartalmazó bázeli nyilatkozat). Az itt közölt eljárásokat a Nápolyi Federico II Egyetem állatkísérlet-etikai intézményi bizottsága (CSV) és a Ministero della Salute hagyta jóvá.

Eredmények

A zsírzsírban vagy a halolajban dúsított magas zsírtartalmú étrend hatása a testtömeg-növekedésre és az energia bevitelére

Az 1. ábra a testtömeg, a napi táplálékfogyasztás (g/nap) és az energiafogyasztás változását mutatja be LD-vel vagy FD-vel táplált patkányokban, összehasonlítva a CD-vel 1-6 hetes kezelés alatt. Az egyes időpontokban a testtömeg magasabb volt az LD-ben a CD-hez képest, de a különbség statisztikailag szignifikánsan csak 5 és 6 hetes kezelés után volt szignifikáns (1A. Ábra). Másrészt a három patkánycsoport nem mutatott különbséget a napi táplálékfogyasztásban (g/étrend, 1B. Ábra). mivel az energiafogyasztás (kJ/diéta) szignifikánsan magasabb volt az LD és az FD csoportokban a CD csoporthoz képest minden egyes időpontban (1C. ábra).

1. ábra A zsírszegény zsírban vagy halolajban dúsított étrend hatása a testtömegre, az élelmiszer-fogyasztásra és az energiafogyasztásra. Testsúly (A), ételfogyasztás (B) és a napi energia bevitel (C) 6 hetes kezelés alatt kontroll étrenddel (CD), halolajjal dúsított étrenddel (FD) vagy zsírral dúsított étrenddel (LD). Az értékeket átlag ± SEM-ben fejezzük ki. # P Kulcsszavak: magas zsírtartalmú étrend, ω3-PUFA, AMPK, gyulladás, oxidatív stressz

Idézet: Viggiano E, Mollica MP, Lionetti L, Cavaliere G, Trinchese G, De Filippo C, Chieffi S, Gaita M, Barletta A, De Luca B, Crispino M és Monda M (2016) A magas zsírtartalmú diéta hatásai zsírban vagy halolajban a hipotalamusz-amp-aktivált fehérjekinázon és a gyulladásos mediátorokon. Elülső. Sejt. Neurosci. 10: 150. doi: 10.3389/fncel.2016.00150

Beérkezett: 2016. március 08 .; Elfogadva: 2016. május 27 .;
Publikálva: 2016. június 09.

Francesco Moccia, Pavia Egyetem, Olaszország

Takumi Takizawa, Gunma Egyetem, Japán
Lei Liu, Floridai Egyetem, USA

* Levelezés: Marianna Crispino, [email protected]

† Ezek a szerzők egyformán járultak hozzá ehhez a munkához, és megosztják az első szerzőséget.