Analiza transcriptomică între gâștele hrănitoare cu aport normal și mare oferă o perspectivă asupra adiposului

Abstract

fundal

Dereglarea adipogenezei provoacă boli metabolice, cum ar fi obezitatea și ficatul gras. Păsările migratoare, cum ar fi gâștele, au o toleranță ridicată la aportul masiv de energie și prezintă o dezvoltare patologică redusă. Rase de gâscă domesticite, derivate ale gâștei sălbaticeAnser anser) sau gâscă de lebădă (Anser cygnoides), au o toleranță ridicată la aportul de energie asemănător speciilor strămoșilor lor. Astfel, gâsca este potențial o specie model pentru a studia mecanismele asociate cu adipogeneza.

Rezultate

Concluzii

Cercetările noastre arată că gâsca folosește ficatul ca țesut major pentru a regla o sinteză lipidică distinctă și un flux de degradare, iar analizele din rețeaua de expresie dinamică au arătat numeroase straturi de răspunsuri pozitive atât la aportul masiv de energie, cât și la posibila dezvoltare patologică. Rezultatele noastre oferă informații despre adipogeneza gâscelor și oferă o nouă perspectivă pentru cercetarea disregulării metabolice umane.

fundal

Echilibrul stocării energiei și cheltuielilor de energie este esențial pentru depunerea normală a adiposului și metabolismul lipidelor. Țesutul adipos a fost recunoscut ca un organ endocrin major și acționează ca gazdă pentru adipogeneza la mamifere [1]. Aportul excesiv de energie are ca rezultat o creștere a volumului și a greutății adipocitelor și provoacă dereglarea metabolismului lipidelor în organism [2]. O astfel de dereglare se reflectă prin depunerea variabilă a lipidelor în diferite țesuturi adipoase și este de obicei asociată cu acumularea anormală de lipide hepatice, care poate duce la steatoză și obezitate [3]. Spre deosebire de mamifere, păsările migratoare prezintă modele distincte de depunere a lipidelor și folosesc ficatul în locul țesutului adipos ca principal organ pentru metabolismul lipidelor [4,5,6].

Rezultate

Modificări fenotipice ale ficatului și țesuturilor adipoase după hrana cu aport ridicat

Greutatea corporală a crescut cu 32,3% până la sfârșitul procesului de îngrășare (-valoare = 8,30 * 10 - 4, fold-change = 1,32) și grupul cu aport ridicat a fost semnificativ mai greu începând cu ziua 10 a perioadei de îngrășare (Fig. 1a, Fișa suplimentară 7). Țesuturile legate de metabolismul lipidelor au fost mai grele după îngrășare, ficatul crescând cel mai mult în greutate relativă de 3,35 ori (-valoare = 0,0011, Fig. 1b, fișier suplimentar 8), comparativ cu adiposul abdominal crescut de 1,65 ori. Mai mult, după ce am evaluat conținutul de lipide din ficat, am constatat că acesta a crescut drastic de la 6,22 ± 0,83% la 73,56 ± 1,14% (Fig. 1c), ceea ce a contribuit în mare măsură la creșterea greutății ficatului gras. Colorarea cu ulei roșu urmată de densitatea optică integrată (IOD) a confirmat, de asemenea, depunerea substanțială de lipide în ficat (Fig. 1c, fișier suplimentar 1).

între

Diferențe fenotipice între gâștele hrănite cu aport normal și mare. A Modificări secvențiale în greutate. Greutatea absolută și greutatea relativă a țesuturilor. Greutate relativă = greutate absolută/greutate corporală. c Fotografii mărite ale ficatului, colorare înghețată corespunzătoare cu ulei roșu și extracție Soxhlet a conținutului de lipide din ficat. Fotografiile cu gâștele și ficatul au fost luate din gâștele utilizate în acest studiu

Diferența transcriptomică a ficatului și a țesuturilor adipoase după hrana cu aport ridicat

Pentru a investiga modificările dinamice ale expresiei induse de hrănirea cu aport ridicat, am generat o medie de

11,50 Gb date de înaltă calitate RNA-seq. Am identificat o medie de 77,44% gene care codifică proteinele cu FPKM ≥0,1 și 1702 lncRNA putative (Majoritatea lncRNA au fost lncRNA intergenice sens (44,6%), urmate de lncRNA divergente și alte 3 categorii, fișier suplimentar 2). Acești lncRNA au prezentat caracteristici de expresie similare cu alte cercetări [13].

Au existat diferențe substanțiale între țesuturi atât în ​​profilurile de ARNm cât și în profilurile de ARNc (varianța medie ponderată = 0,47 și, respectiv, 0,55), urmate fie de interacțiunea dintre tratament și țesut (varianța medie ponderată = 0,16 în profilurile ARNm), fie de tratament (media ponderată Variația proporțională = 0,16 în profilurile lncRNA), indicând principalul factor al diferențelor în expresie este țesutul, iar efectul tratamentului asupra modelelor de expresie a lncRNA este mai mare decât modelele de expresie a ARNm (fișier suplimentar 3).

Gruparea nesupravegheată a recapitulat, de asemenea, tiparul distinct de expresie între ficat și țesuturile adipoase (Fig. 2a). Modelele de grupare dominate de țesuturi și modelele distincte de grupare a ficatului au evidențiat diferențele copleșitoare dintre țesuturi, iar ficatul a fost mai afectat de tratament. Corelația în cadrul grupului dintre țesuturi a confirmat, de asemenea, corelația mai mică dintre adipos și ficat decât între două țesuturi adipos (Fig. 2b). Eșantionul grupului de control C2-SA a arătat o corelație mai mică cu țesuturile adipoase, în general, presupunem că această probă este parțial contaminată cu țesuturi, cum ar fi pielea.

Modificări transcriptomice pentru fiecare țesut și fiecare grup. A Matricea de corelație a lui Pearson pentru profilurile de ARNm și profilurile de ARNc. Corelația în cadrul grupului pentru fiecare pereche de țesuturi. c Diagrama Venn a numărului de gene exprimate diferențial între gâște hrănite normal și gâște hrănite cu aport ridicat. AA - adipos abdominal, SA - adipos subcutanat. T - grup cu aport ridicat, C - grup control

Gene care codifică proteinele implicate în metabolismul dinamic al lipidelor

Am găsit peste 6000 DEG între ficat și țesuturile adipoase (atât în ​​condiții normale de hrănire, cât și în condiții de consum ridicat), comparativ cu numai

400 DEG între cele două țesuturi adipoase. Am identificat 1930 DEG în ficat (13,97% din 13,815 gene cu FPKM> 0,1), comparativ cu 1045 (6,60% din 15,829 gene cu FPKM> 0,1) și 891 DEG (4,73% din 18,839 gene cu FPKM> 0,1) în adipoza abdominală și adipos subcutanat după hrana cu aport ridicat, respectiv (Fig. 2c). Detectarea a mai mult de două ori numărul de DEG în ficat în comparație cu adipos, și numărul mare de DEG specifice ficatului susține ipoteza că ficatul are un rol în metabolismul lipidic în timpul hrănirii cu aport ridicat.

Așa cum era de așteptat din modificările observate în fenotip, DEG-urile găsite în ficat au fost implicate semnificativ în căile metabolice, cum ar fi metabolismul aminoacizilor, metabolismul carbonului și răspunsul imun. Aceste gene au avut tendința de a fi funcționale în legarea ATP, legarea proteinelor, procesul de reducere a oxidării și gluconeogeneza (Fig. 3a). S-a observat o îmbogățire similară a DEG-urilor găsite în adipoza abdominală și în adipoza subcutanată și majoritatea căilor îmbogățite și a termenilor GO au fost legate de metabolism așa cum era de așteptat. Modificările proceselor metabolice au fost legate de reglarea în sus a expresiei în ficat la aportul excesiv de energie (fișa suplimentară 4). De asemenea, am observat că DEG-urile reglementate în jos erau mai implicate în răspunsul imun, în special căile legate de cancer (fișierul suplimentar 4). Asocierea dintre modificările expresiei și dezvoltarea patologică mică sau deloc la gâscă ar trebui investigată în continuare.