Dieta neonatală are impact asupra bioenergeticii mitocondriale hepatice la purceii hrăniți cu formulă sau cu lapte uman BMC
Abstract
fundal
Dieta neonatală are un impact asupra multor sisteme fiziologice și poate modifica riscul de a dezvolta boli metabolice și obezitate mai târziu în viață. Mai puțin bine studiat este efectul dietei postnatale (de exemplu, compararea hranei cu lapte uman (HM) sau formula cu lapte (MF)) asupra bioenergeticii mitocondriale. Astfel de efecte pot fi cele mai profunde în țesuturile splanchnice care ar avea o expunere timpurie la factori asociați dietei sau derivați de microbi intestinali.
Metode
Pentru a aborda această întrebare, am măsurat fenotipurile bioenergetice mitocondriale ileale și hepatice la purceii masculi hrăniți cu HM sau MF din vârsta de 2 zile până la 21 de ani. Țesutul ileal și hepatic au fost prelucrate pentru respirația mitocondrială (numai substrat [piruvat, malat, glutamat], substrat + ADP și „scurgere” de protoni post-oligomicină; măsurat prin metode Oroboros), ADN mitocondrial (ADNmt) și expresie genetică relevantă analize.
Rezultate
Nu s-au observat diferențe între grupurile de dietă în indicii bioenergetici mitocondriali în țesutul ileal. În contrast, ficatul dependent de ADP, capacitatea OXPHOS legată de complexul I și complexul OXPHOS legat de complexul I + II au fost semnificativ mai mari la animalele MF comparativ cu purceii hrăniți cu HM. Interesant este faptul că abundențele de transcripție p53, Trap1 și Pparβ au fost mai mari la hrana MF în raport cu purceii hrăniți HM din ficat. Numerele de copii ale ADN-ului mitocondrial (normalizate la ADN-ul nuclear) au fost similare în interiorul țesutului, indiferent de dieta postnatală și au fost
De 2-3 ori mai mare la ficat vs. țesut ileal.
Concluzie
În timp ce mecanismele rămân a fi identificate, datele indică faptul că dieta neonatală poate avea un impact semnificativ asupra fenotipurilor bioenergetice mitocondriale hepatice, chiar și în absența unei modificări a abundenței ADNmt. Deoarece respirația mitocondrială hepatică permeabilizată a fost crescută la purceii MF numai în prezența ADP, sugerează că hrana cu formulă a dus la o rotație mai mare a ATP. Mecanismele și semnalele specifice implicate în diferențele legate de dieta neonatală în bioenergetica hepatică rămân a fi elucidate.
fundal
S-a demonstrat că alăptarea are un impact pozitiv asupra sistemelor fiziologice ale corpului, inclusiv a sistemului imunitar și a țesuturilor importante din punct de vedere metabolic, cum ar fi ficatul, adiposul și centrele cognitive din creier [1, 2]. Studii recente au raportat că sugarii hrăniți cu lapte cu formula (MF) prezintă o creștere mai rapidă în greutate în primele săptămâni de viață comparativ cu sugarii alăptați, iar acest lucru pare a fi asociat cu creșterea în greutate mai târziu în viață [3,4,5]. Compoziția nutritivă a laptelui uman (HM) în comparație cu formulele de lapte poate juca un rol semnificativ în rezultatele metabolice observate și în diferențele de sănătate raportate atunci când se compară aceste două diete neonatale [6,7,8,9,10,11]. Funcția mitocondrială și homeostazia energetică afectează toate aceste sisteme, dar rolul dietei sugarului și programarea bioenergeticii celulare rămâne în mare parte neexplorat.
Există o apreciere din ce în ce mai mare pentru impactul dietei timpurii asupra „programării” sistemelor fiziologice cu potențiale consecințe metabolice în copilărie sau la maturitate. Mai important, există un consens din ce în ce mai mare că „efectele de programare” nutriționale persistă și influențează riscul de alergii, astm, obezitate, diabet și boli cardiovasculare mai târziu în viață [1, 19,20,21,22,23,24]. Am emis ipoteza că dieta neonatală (HM și MF) ar afecta diferențial respirația mitocondrială în intestinul subțire (ileon) și ficat. Pentru a aborda ipoteza noastră, am folosit purcei hrăniți cu HM și MF în condiții experimentale controlate, datorită variabilității inerente asociate cu purceii hrăniți cu scroafă (de exemplu, adăpostirea fermei, contactul cu pielea mamei și dieta de alăptare). Țesuturile au fost colectate de la purcei hrăniți cu HM și MF în perioada 2-21 postnatală, pentru a determina respirația condusă de substrat și ADP, precum și numărul de copii ale ADN-ului mitocondrial. Din câte știm, acesta este primul studiu care caracterizează impactul paradigmelor de hrănire postnatală asupra funcției mitocondriale tisulare într-un model animal mai mare.
Metode
Design de studiu
Prelucrarea țesuturilor pentru analiza funcțională mitocondrială
Animalele au fost postite timp de 8 ore înainte de colectarea țesutului. Un subset de purcei a fost ales aleatoriu pentru a evalua funcția mitocondrială (HM, = 8-11; MF, = 8-11; vezi cifrele individuale). Am măsurat 50 cm de la capătul distal al intestinului subțire, iar la acel punct țesutul a fost tăiat ca o probă proximală de 15 cm. Probele de ileal și ficat pentru analiza funcției mitocondriale au fost prelucrate imediat după recoltare. O porție de ileon și ficat (~ 40 mg) a fost imediat scufundată în tampon de conservare rece ca gheața (BIOPS) conținând 10 mM tampon Ca-EGTA, 20 mM imidazol, 20 mM taurină, 50 mM K-MES, 0,5 mM ditiotreitol, 6,56 mM MgCl2, 5,77 mM ATP și 15 mM creatină fosfat (pH de 7,1) [26], pentru analiza respirației mitocondriale în decurs de 1-2 ore de la colectarea țesuturilor.
Probele de ileal și ficat au fost tocate (0,1-0,2 mm) folosind o pensetă mică și ascuțită în timp ce erau pe gheață și permeabilizate chimic timp de 20 de minute în tampon BIOPS conținând 50 μg/ml saponină la 4 ° C [27,28,29,30]. Probele au fost transferate în 2 ml de tampon MIR05 (0,5 mM EGTA, 3 mM MgCl2, 60 mM K-lactobionat, 20 mM taurină, 10 mM KH2PO4, 20 mM HEPES și 110 mM zaharoză și 1 mg/ml acid gras esențial- albumină serică de bovine liberă (Sigma Aldrich, St. Louis, MO, SUA; Lot SLBF5061V) urmată de 10 minute de amestecare pe un agitator pentru a spăla saponina rămasă. Mai puțin de 10 mg ileon cu greutate umedă și aproximativ 3 mg de ficat cu greutate umedă au fost transferate într-o cameră respirometră Oxygraph-2 k (O2k) (Oroboros Instruments, Innsbruck, Austria) conținând 2 ml de tampon MIR05 [28, 31, 32].
Respirometrie de înaltă rezoluție (HRR)
Înainte de fiecare experiment, s-a efectuat o calibrare a fundalului pe fiecare senzor de oxigen poligrafic O2k (POS). Această calibrare a fost efectuată în tampon MIR05 la saturație de aer. Zero de oxigen și calibrări instrumentale de fond au fost efectuate la intervale regulate pe parcursul perioadei de colectare a datelor ((12 luni) folosind titrări de ditionit. Acest lucru a asigurat fundalul instrumental POS acceptabil și stabilitatea în timp [26]. Temperatura a fost menținută la 37 ± 0,01 ° C de către un Peltier electronic în timpul tuturor experimentelor de respirometrie de înaltă rezoluție (HRR). Concentrația de O2 în tamponul MIR05 a fost înregistrată la intervale de 2 până la 4 s din care fluxurile de O2 au fost calculate în intervalul picomolar (DatLab versiunea 6; Oroboros Instruments, Innsbruck, Austria) [31]. Odată ce probele de țesut au fost plasate în camerele O2k, a fost creată o fază gazoasă. Aproximativ 1 ml de 99% O2 a fost injectat în fiecare cameră O2k și echilibrarea fazei gazoase și a concentrațiilor de MIR05 O2 a fost monitorizată până când s-a obținut o concentrație de O2 de ± 400 μM în tamponul MIR05; Măsurătorile fluxului de O2 au fost de obicei făcute atunci când concentrațiile de O2 au fost în intervalul 200-400 μM pentru a minimiza orice artefacte de dependență de O2 și pentru a evita limitările potențiale ale difuziei de oxigen în probele de țesut permeabilizat.