Evaluarea efectelor neuropatologice ale unei diete bogate în grăsimi bogate în zaharoză la bărbații de vârstă mijlocie C57BL6J

Departamentul de Științe ale Sănătății, Universitatea Brock, Ontario, Canada

Corespondenţă

Rebecca E. K. MacPherson, Departamentul de Științe ale Sănătății, Universitatea Brock, St. Catharines, Ontario, Canada.

Tel: 905‐688‐5550 × 6620

Departamentul de Științe ale Sănătății, Universitatea Brock, Ontario, Canada

Corespondenţă

Rebecca E. K. MacPherson, Departamentul de Științe ale Sănătății, Universitatea Brock, St. Catharines, Ontario, Canada.

Tel: 905‐688‐5550 × 6620

Informații de finanțare:

Recunoaștem Consiliul de Cercetări în Științe Naturale și Inginerie din Canada (NSERC) pentru sprijinul financiar pentru finanțarea acestui proiect (RGPIN - 2017‐03904 REK MacPherson) și pentru finanțarea studiului original in vivo (RGPIN 2016‐04300 SJ Peters) în calitate de Fundație canadiană pentru inovare pentru finanțarea testului original in vivo (Grant # 222084 WE Ward). K.N. Bott a fost susținut de o bursă de studii pentru absolvenții din Ontario. B J. Baranowski a primit un premiu de cercetare universitară de la Consiliul de Cercetări în Științe Naturale și Inginerie din Canada (NSERC).

Abstract

Disfuncția metabolică legată de obezitatea indusă de dietă a fost recent legată de patogeneza bolii Alzheimer sporadice (AD). Cu toate acestea, mecanismele de bază care leagă obezitatea și AD rămân neclare. Scopul acestui studiu a fost de a examina modificările timpurii ale semnalizării insulinei cerebrale, markerilor inflamatori/stresului și stresului energetic într-un model de obezitate indusă de dietă în timpul vârstei medii. Șoarecii masculi C57BL/6J au fost randomizați fie la o dietă de control (AGE = 12) sau dietă bogată în grăsimi și zaharoză (AGE - HFS = 12) timp de 13 săptămâni de la vârsta de 20 de săptămâni. Probele de cortex prefrontal și hipocamp au fost colectate la vârsta de 20 de săptămâni (BSL = 11) și la vârsta de 33 de săptămâni (VÂRSTĂ și VÂRSTĂ - HFS). Dieta HFS a dus la creșterea greutății corporale (30%; = 0,0001),% crescut de masă grasă (28%; = 0,0001) și scăderea% a masei slabe (33%; = 0,0001) comparativ cu controalele în vârstă. În cortexul prefrontal, AGE - HFS a dus la o creștere a fosforilării proteinei kinazei activate cu 5 'adenozină monofosfat (AMPK) ( = 0,045). În hipocampus, AGE-HFS a dus la creșterea fosforilării kinazei reglementate de semnal extracelular (ERK) și a c-Jun N-kinazei terminale (JNK) și a serinei 473 a protein kinazei B (Akt) și a fosforilării glicogen sintazei kinazei (GSK) (

Introducere

Boala Alzheimer (AD) este o tulburare neurodegenerativă progresivă care are ca rezultat un declin cognitiv mai târziu în viață. Îmbătrânirea este cel mai mare factor de risc pentru AD (Jorm și colab. 1987), cu toate acestea obezitatea indusă de dietă este direct implicată în etiologia AD (Lester-Coll și colab. 2006; Verdelho și colab. 2007; Maesako și colab. 2012a, b, 2013; Bhat și Thirumangalakudi 2013). O analiză recentă a tendințelor obezității a demonstrat că americanii de vârstă mijlocie au cea mai mare rată de obezitate din orice grup de vârstă la 41,0% (Flegal și colab. 2016), iar cercetările au dovedit că obezitatea la vârsta mijlocie poate fi un indice de afectare cognitivă ușoară anii ulteriori (Nguyen et al. 2014). Având în vedere lipsa actuală de tratamente eficiente pentru AD și considerând AD ca o boală metabolică, înțelegerea mecanismelor moleculare de bază care apar în etapele presimptomatice este de o importanță considerabilă.

AD se caracterizează prin două semnale histopatologice: (1) acumularea de plăci de proteină beta-amiloidă (Aβ); și (2) încurcături tau hiper-fosforilate (Behl și Holsboer 1998). Aceste peptide Aβ au fost stabilite ca actori cheie în degradarea neuronală care apare în AD (Gouras și colab. 2005) și joacă un rol fundamental în mecanismele de progresie timpurie a AD (Selkoe 2004; Gandy 2005). În ciuda abundenței informațiilor referitoare la fiziopatologia AD, evenimentele inițiale care declanșează formarea plăcii Aβ sunt slab înțelese. Aβ provine dintr-o proteină transmembranară de tip 1 mare, cunoscută sub numele de proteină precursoare amiloidă (APP) (Selkoe 2001). Calea β-secretazei este inițiată de enzima 1 de scindare a proteinei amiloid precursor beta-site (BACE1), enzima protează care limitează rata producției de peptide Aβ.

Dietele obezogene duc adesea la rezistență la insulină și la o stare de stres energetic în țesuturile periferice și dovezile indică faptul că obezitatea modifică și semnalizarea insulinei cerebrale și, la rândul său, starea energiei. Controlul aberant al semnalizării insulinei prin PI3-kinază și protein kinază B (Akt) a fost demonstrat în țesutul cerebral de la pacienții cu AD umană, precum și în creierele animale cu obezitate indusă de dietă. În probele de AD umane, Griffin și colab. (2005) au găsit o fosforilare Akt crescută, cu creșteri semnificative în fosforilarea mai multor substraturi Akt, inclusiv glicogen sintază kinază (GSK). Acest lucru este important, deoarece GSK a fost direct implicat în progresia AD. Munca rozătorilor a demonstrat o

Creșterea de 2 ori a fosforilării Akt în probele de cortex prefrontal de la șoareci masculi tineri C57BL6 (

16 săptămâni) după o dietă bogată în grăsimi (Macpherson și colab. 2015), precum și șoareci în vârstă după 5 luni de hrană bogată în grăsimi (Muller și colab. 2008). Creierul uman de la pacienții cu AD demonstrează AMPK activat anormal (Vingtdeux și colab. 2011; Ma și colab. 2014) și acest gând este un marker al metabolismului perturbat al energiei creierului. Influența îmbătrânirii și/sau a dietei asupra activității AMPK a creierului este slab înțeleasă. Puține studii s-au concentrat asupra efectului direct al îmbătrânirii sau al dietei obezogene asupra activității AMPK (așa cum se indică prin fosforilarea Thr172) și multe dintre ele sunt contradictorii cu constatările anterioare. Lucrările anterioare au demonstrat o scădere a activării AMPK odată cu vârsta la șobolanii masculi Fisher, în vârstă de 28 de luni, cu toate acestea, mecanismele rămân necunoscute (Reznick și colab. 2007). Se crede că aceste scăderi asociate vârstei în activitatea AMPK pot contribui la disfuncția mitocondrială (Jornayvaz și Shulman 2010), care a fost asociată cu patogeneza AD. Cu toate acestea, lucrările anterioare au stabilit că există o creștere a fosforilării AMPK într-un model de șoarece AD de 12 luni (APPswe/PS1d9E) în comparație cu tipul sălbatic (Ma și colab. 2014). Sunt necesare investigații suplimentare pentru a determina cu exactitate modul în care îmbătrânirea și o dietă bogată în grăsimi influențează activitatea și expresia AMPK.

Scopul acestui studiu este de a examina efectele unei diete obezogene asupra modificărilor metabolice ale creierului la șoarecii C57BL/6J masculi adulți, pe măsură ce trec de la vârsta adultă la vârsta mijlocie. Mai exact, acest studiu a examinat markerii inflamației/stresului celular, al semnalizării insulinei și al stresului energetic, care s-au dovedit a avea implicații în progresia AD. Ipotezăm că consumul unei diete bogate în grăsimi bogate în zaharoză va exacerba efectele îmbătrânirii asupra căilor metabolice legate de progresia AD.

Metode și materiale

Materiale

Anticorpii secundari IgG anti - iepure și capră conjugate cu măgari peroxidază de hrean au fost de la Jackson ImmunoResearch Laboratories (Westgrove, PA). Markerul de greutate moleculară, reactivii și membranele de nitroceluloză pentru SDS - PAGE au fost achiziționate de la Bio - Rad (Mississauga, ON). Western Lightning Plus-ELC (PerkinElmer, 105001EA). Anticorpi pentru GAPDH (# 2118S), BACE1 (# 5606P), AMPK (# 2793S), pAMPK (# 2531S), AKT (# 4685S), pAKT S473 (# 4058S), pAKT Thr172 (# 2531S), ERK 1/2 (# 4695S), pERK 1/2 (# 9101S), p38 (# 9212S), p - p38 (# 9211S), JNK (# 9252S), pJNK (# 4671S), GSK - 3β (# 9315S) și pGSK- 3β (# 5558S) provin de la Cell Signaling (Danvers, MA, SUA), iar Vinculin (# 05-386) provine din Milipore. Toate celelalte surse sunt listate în text.