Регуляція метаболізму кінуреніну за допомогою кетогенної дієти

Свеня Хайшман

Департамент фармацевтичних наук, Фармацевтична школа * Університет Колорадо, Денвер, Аврора, Колорадо, 80045

Ліндсі Б. Гано

Департамент фармацевтичних наук, Фармацевтична школа * Університет Колорадо, Денвер, Аврора, Колорадо, 80045

Кевін Квін

Департамент фармацевтичних наук, Фармацевтична школа * Університет Колорадо, Денвер, Аврора, Колорадо, 80045

Лі-Пінг Лян

Департамент фармацевтичних наук, Фармацевтична школа * Університет Колорадо, Денвер, Аврора, Колорадо, 80045

Яцек Клепацький

iC42 Клінічні дослідження та розробки, † Медичний містечко Аншутц, Університет Колорадо, Денвер, Аврора, Колорадо, 80045

Уве християни

Ніколь Рейсдорф

Департамент фармацевтичних наук, Фармацевтична школа * Університет Колорадо, Денвер, Аврора, Колорадо, 80045

Маніша Патель

Департамент фармацевтичних наук, Фармацевтична школа * Університет Колорадо, Денвер, Аврора, Колорадо, 80045

Пов’язані дані

Анотація

Кетогенні дієти (КД) все частіше використовуються як лікування епілепсії, інших неврологічних захворювань та раку. Незважаючи на тривалу історію придушення судом, чіткі молекулярні механізми дії КД досі в основному невідомі. Метою цього дослідження було визначити ключові метаболіти та шляхи, змінені в гіпокампі та плазмі щурів, які харчувались KD проти контрольної дієти (CD) або ad libitum, або калорійно обмежені до 90% від рекомендованого споживання. Це було досягнуто за допомогою комбінації цільових методів та нецільового аналізу метаболоміки на основі РС. Різні метаболіти та шляхи розкладання триптофану (ГТО), такі як кінуренін (KYN), кінуренова кислота, а також кофактори ферментів, показали значні зміни між групами, що харчуються різними дієтами та/або кількістю калорій у плазмі та/або гіпокампі. KYN був суттєво знижений в обох матрицях у тварин з CD-калорійно обмеженою, KD-ad libitum та KD-calorically-обмеженою групами порівняно з CD-ad libitum групою. Наші дані свідчать про те, що шлях деградації ГТО є ключовою метою КД.

Метаболімічні підходи, тобто оцінка змін у малих молекулах, можуть запропонувати конкретні метаболіти, групи метаболітів та шляхи, які змінюються в певному середовищі. Конкретний метаболом, наприклад із плазми, тканини або сечі, може відображати зміни, викликані захворюваннями, лікуванням чи генетикою. Через дитинство поля дані метаболоміки повинні бути ретельно оцінені не лише програмними засобами, а й вручну, щоб забезпечити точну ідентифікацію ключових метаболітів та метаболічних шляхів, що зазнали впливу в експериментальних умовах. Подальші експерименти з використанням цільових методів можуть допомогти забезпечити впевненість в ідентифікації, заповнити прогалини та підтвердити гіпотези. З цих причин цілеспрямовані підходи, які допомагають слідчим отримати більш детальне розуміння модуляції шляху, як правило, потрібні після менш конкретних досліджень метаболоміки. Отже, це дослідження включає комбінацію цілеспрямованого та нецільового аналізу як у плазмі, так і в тканині гіпокампа, щоб надати всебічне розуміння того, як зміни структури малих молекул у плазмі та гіпокампі співвідносяться з КД.

Плазма, як правило, відображає системні зміни; однак, це може запропонувати зміни метаболітів та метаболічних шляхів у конкретних тканинах, наприклад, певних областях мозку у разі неврологічних/епілептичних розладів. Однак потрібно враховувати компартменталізацію; наприклад, не кожна сполука легко перетинає гематоенцефалічний бар’єр. У випадку з багатьма епілепсіями область мозку, що представляє особливий інтерес, є гіпокампом, оскільки тут відомо, що тут відбувається багато значних змін, пов’язаних із захворюваннями (12–14). Метою цього дослідження було з'ясувати механізми, за допомогою яких КД та обмеження калорій можуть здійснювати свої протисудомні ефекти і які зміни спричинені цими схемами в цілому. Профілювання метаболоміки в плазмі та тканині гіпокампа щурів, які харчувались KD або контрольною дієтою (CD), або вільно (AL), або калорійно (CR) до 90% рекомендованого прийому пропонували зміни в шляху деградації TRP/KYN. Зміни рівнів метаболітів шляху подальшого вивчення проводились за допомогою цільових аналізів; вони включали ВЕРХ-МС/МС та ВЕРХ у поєднанні з електрохімічним виявленням (ЕХД), що виявляє незначні зміни в конкретних шляхах, переважно в плазмі.

МАТЕРІАЛИ І МЕТОДИ

Дослідження на тваринах

Дослідження на тваринах були схвалені та контролювались Комітетом з догляду та використання тварин Університету Колорадо Денвер (Аврора, Колорадо) та проводились відповідно до затверджених рекомендацій. Дослідження було розроблено на основі попередніх досліджень, проведених у нашій лабораторії та проведених, як описано раніше [CD-калорійний (CCR), KD-калорично-обмежений (KCR)] (12, 13). Крім того, були вивчені групи тварин з необмеженим доступом до їжі, щоб отримати детальне уявлення про ефекти м’якого обмеження калорій у порівнянні з годуванням АЛ відповідними дієтами [CD-ad libitum (CAL), KD-ad libitum (KAL)]. Самців щурів Sprague Dawley (P28 на початку дослідження) годували KD (# F3666; BioServ, Flemington, NJ) або CD (# F3517; BioServ) або AL, або обмеження калорій до 90% рекомендованої добової потреби протягом тривалості 3 тижні (n = 6 на групу). Щурів евтаназували через 3 тижні шляхом обезголовлення під наркозом СО2 та збирали зразки тканини та плазми.

Підготовка зразка

Аналіз метаболоміки ВЕРХ-МС.

Сто мікролітрів плазми або гомогенату тканини (тканина 1:10: вода з 0,1% ацетатом амонію та 0,03% бутильованого гідрокситолуолу) використовували для зразка для аналізу, як описано раніше (15). Коротко, внутрішні стандарти були додані в якості контролю якості для екстракції метаболітів, тобто креатинін-d3, D-глюкоза-13 C6, валін-d8, тестостерон-d2, C17 керамід, FA ненасичений C19: 1, гептадеценова кислота та цис-10 -нонадеценова кислота. Для вилучення водних метаболітів та ліпідів із зразків плазми та тканини використано модифіковану двоступеневу екстракцію рідиною-рідиною метил-трет-бутилового ефіру на основі методу екстракції Блі-Даєра.