Оцінка невропатологічних ефектів дієти з високим вмістом жиру з високим вмістом сахарози у чоловіків середнього віку C57BL6J

Департамент наук про здоров'я, Університет Брока, Онтаріо, Канада

Листування

Ребекка Е. К. Макферсон, Департамент наук про здоров'я, Університет Брока, Сент-Катарінс, Онтаріо, Канада.

Тел: 905‐688‐5550 × 6620

Департамент наук про здоров'я, Університет Брока, Онтаріо, Канада

Листування

Ребекка Е. К. Макферсон, Департамент наук про здоров'я, Університет Брока, Сент-Катарінс, Онтаріо, Канада.

Тел: 905‐688‐5550 × 6620

Інформація про фінансування:

Ми вдячні Раді природничих та технічних досліджень Канади (NSERC) за фінансову підтримку фінансування цього проекту (RGPIN ‐ 2017‐03904 REK MacPherson), а також за фінансування оригінального випробування in vivo (RGPIN 2016‐04300 SJ Peters) як канадський фонд інновацій для фінансування оригіналу випробування in vivo (грант № 222084 WE Ward). К.Н. Ботта підтримала стипендія для аспірантів Онтаріо. Б. Дж. Барановський отримав нагороду студентів за наукові дослідження студентів Канади з питань природничих та технічних досліджень (NSERC).

Анотація

Дисфункція обміну речовин, пов’язана з ожирінням, спричиненим дієтою, нещодавно пов’язана з патогенезом епізодичної хвороби Альцгеймера (БА). Однак основні механізми, що пов'язують ожиріння та АД, залишаються неясними. Метою цього дослідження було вивчення ранніх змін сигналізації інсуліну мозку, маркерів запалення/стресу та енергетичного стресу в моделі ожиріння, спричиненого дієтою, у середньому віці. Самців мишей C57BL/6J рандомізували на контрольну дієту (AGE = 12) або дієта з високим вмістом жиру та сахарози (AGE ‐ HFS = 12) протягом 13 тижнів з 20-тижневого віку. Зразки префронтальної кори та гіпокампа збирали у віці 20 тижнів (BSL = 11) та у віці 33 тижнів (AGE та AGE ‐ HFS). Дієта HFS призвела до збільшення маси тіла (30%; = 0,0001), підвищений% жирової маси (28%; = 0,0001), і зменшення% нежирної маси (33%; = 0,0001) порівняно із контролем віку. У префронтальній корі AGE-HFS призвів до збільшення фосфорилювання 5 ′ аденозинмонофосфат-активованої протеїнкінази (AMPK) ( = 0,045). В гіпокампі AGE-HFS призвів до збільшення фосфорилювання позаклітинної регульованої сигналом кінази (ERK) та c-Jun N-кінцевої кінази (JNK) та фосфорилювання протеїнкінази B (Akt) та глікогенсинтази кінази (GSK) (

Вступ

Хвороба Альцгеймера (БА) - це прогресуючий нейродегенеративний розлад, що призводить до зниження когнітивних здібностей у подальшому житті. Старіння є найбільшим фактором ризику розвитку AD (Jorm et al. 1987), однак ожиріння, спричинене дієтою, безпосередньо пов'язане з етіологією AD (Lester-Coll et al. 2006; Verdelho et al. 2007; Maesako et al. 2012a, b, 2013; Bhat and Thirumangalakudi 2013). Недавній аналіз тенденцій ожиріння продемонстрував, що серед американців середнього віку рівень ожиріння найвищий серед усіх вікових груп - 41,0% (Flegal et al. 2016), і дослідження показали, що ожиріння в середньому віці може бути показником легких когнітивних порушень у пізніші роки (Nguyen et al. 2014). Враховуючи нинішню відсутність ефективних методів лікування АД та розглядаючи АД як метаболічну хворобу, розуміння основних молекулярних механізмів, що виникають на досимптомних стадіях, має значне значення.

AD характеризується двома гістопатологічними ознаками: (1) накопичення бляшок бета-амілоїдного білка (Aβ); та (2) гіперфосфорильовані тау-клубки (Behl and Holsboer 1998). Ці Aβ-пептиди були встановлені як ключові гравці деградації нейронів, що відбувається при AD (Gouras et al. 2005), і відіграють фундаментальну роль у механізмах раннього прогресування AD (Selkoe 2004; Gandy 2005). Незважаючи на велику кількість інформації, що стосується патофізіології БА, початкові події, що викликають утворення нальоту Aβ, недостатньо вивчені. Aβ походить від великого трансмембранного білка 1 типу, відомого як амілоїдний білок-попередник (APP) (Selkoe 2001). Шлях β-секретази ініціюється ферментом 1, що розщеплює білок-попередник амілоїдного бета-сайту (BACE1), обмежуючим швидкість ферментом протеази у виробництві пептидів Aβ.

Обезогенні дієти часто призводять до інсулінорезистентності та стану енергетичного стресу в периферичних тканинах, і факти свідчать, що ожиріння також змінює сигналізацію інсуліну мозку та, в свою чергу, енергетичний статус. Аберрантний контроль передачі сигналів інсуліну через PI3-кіназу та протеїнкіназу B (Akt) був продемонстрований у тканинах мозку від хворих на АД людини, а також у мозку тварин із ожирінням, спричиненим дієтою. У зразках AD людини, Griffin et al. (2005) виявили посилене фосфорилювання Akt зі значним збільшенням фосфорилювання декількох субстратів Akt, включаючи глікогенсинтазу кіназу (GSK). Це важливо, оскільки GSK безпосередньо причетний до прогресування AD. Робота гризунів продемонструвала

2-кратне збільшення фосфорилювання Akt у зразках префронтальної кори у молодих самців мишей C57BL6 (

16 тижнів) після дієти з високим вмістом жиру (Macpherson et al. 2015), а також мишей у віці після 5-місячного годування з високим вмістом жиру (Muller et al. 2008). Мозок людини у хворих на АД демонструє аномально активований AMPK (Vingtdeux et al. 2011; Ma et al. 2014), і це вважається маркером порушеного енергетичного обміну мозку. Вплив старіння та/або дієти на діяльність мозку AMPK недостатньо вивчений. Небагато досліджень зосереджувались на безпосередньому впливі старіння або обезогенної дієти на активність AMPK (на що вказує фосфорилювання Thr172), і багато з них суперечать попереднім висновкам. Попередня робота продемонструвала зменшення активації AMPK з віком у 28-місячних щурів-самців Fisher 344, проте механізми залишаються невідомими (Reznick et al. 2007). Існує думка, що ці вікові зниження активності AMPK можуть сприяти дисфункції мітохондрій (Jornayvaz and Shulman 2010), що було пов’язано з патогенезом БА. Однак попередні роботи встановили, що спостерігається підвищення рівня фосфорилювання AMPK у 12-місячної моделі миші AD (APPswe/PS1d9E) порівняно з диким типом (Ma et al. 2014). Потрібні подальші дослідження, щоб точно визначити, як старіння та дієта з високим вмістом жиру впливають на активність та експресію АМФК.

Мета цього дослідження - вивчити вплив обезогенної дієти на метаболічні зміни мозку у дорослих самців мишей C57BL/6J при переході їх від дорослого до середнього віку. Зокрема, у цьому дослідженні вивчались маркери запалення/клітинного стресу, сигналізації про інсулін та енергетичного стресу, які, як було показано, мають вплив на прогресування АД. Ми припускаємо, що споживання дієти з високим вмістом жиру з високим вмістом сахарози посилить наслідки старіння на метаболічні шляхи, пов'язані з прогресуванням АД.

Методи та матеріали

Матеріали

Вторинні антитіла IgG проти кролячих та козячих антимишачих антитіл до ослиної пероксидази хрону були від лабораторій Jackson ImmunoResearch (Westgrove, PA). Маркер молекулярної маси, реагенти та нітроцелюлозні мембрани для SDS-PAGE були отримані від Bio-Rad (Mississauga, ON). Західна блискавка Plus ‐ ELC (PerkinElmer, 105001EA). Антитіла до 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) та pGSK‐ 3β (# 5558S) були від клітинної сигналізації (Danvers, MA, США), а Vinculin (# 05‐386) від Milipore. Усі інші джерела перераховані у всьому тексті.