Транскриптомічний аналіз між нормальними та високими споживаннями гусей дає уявлення про жирову клітковину

Анотація

Передумови

Порушення регуляції адипогенезу викликає метаболічні захворювання, такі як ожиріння та жирова печінка. Такі мігруючі птахи, як гуси, мають високу толерантність до масового споживання енергії і мають незначний патологічний розвиток. Одомашнені породи гусей, похідні дикої грейлегської гуски (Ансер ансер) або лебідь гусак (Anser cygnoides), мають високу толерантність до споживання енергії, що нагадує їх предки. Таким чином, гуска потенційно є зразком виду для вивчення механізмів, пов’язаних з адипогенезом.

Результати

Висновки

Наші дослідження показують, що гуска використовує печінку як основну тканину для регулювання чіткого потоку синтезу та деградації ліпідів, а аналіз мережі динамічної експресії показав численні шари позитивної реакції як на масове споживання енергії, так і на можливий патологічний розвиток. Наші результати дають уявлення про адипогенез гусей і дають нову перспективу для досліджень порушення людської метаболічної дисрегуляції.

Передумови

Баланс накопичення енергії та витрат енергії є критичним для нормального жирового відкладення та ліпідного обміну. Жирова тканина була визнана головним ендокринним органом і виступає господарем адипогенезу у ссавців [1]. Надмірне споживання енергії призводить до збільшення обсягу та маси адипоцитів та спричиняє порушення регуляції ліпідного обміну в організмі [2]. Така дисрегуляція відображається змінним відкладенням ліпідів у різних жирових тканинах, і це, як правило, пов’язано з аномальним накопиченням ліпідів у печінці, що може призвести до стеатозу та ожиріння [3]. На відміну від ссавців, перелітні птахи демонструють чіткий характер відкладення ліпідів і використовують печінку замість жирової тканини як головний орган ліпідного обміну [4,5,6].

Результати

Фенотипічні зміни печінки та жирової тканини після годування з високим споживанням

До кінця процесу відгодівлі маса тіла зросла на 32,3% (стор-значення = 8,30 * 10 - 4, згин = 1,32), а група з високим споживанням була значно важчою, починаючи з 10-го дня періоду відгодівлі (рис. 1а, додатковий файл 7). Тканини, пов’язані з метаболізмом ліпідів, були важчими після відгодівлі, причому печінка найбільше зросла у відносній вазі в 3,35 рази (стор-значення = 0,0011, рис. 1б, додатковий файл 8), порівняно з жировою тканиною живота, збільшеною в 1,65 рази. Більше того, після того, як ми оцінили вміст ліпідів у печінці, ми виявили, що він різко збільшився з 6,22 ± 0,83% до 73,56 ± 1,14% (рис. 1в), що значною мірою сприяло збільшенню ваги жирної печінки. Червоне масляне фарбування з наступною інтегральною оптичною щільністю (IOD) також підтвердило значне відкладення ліпідів у печінці (рис. 1в, додатковий файл 1).

транскриптомічний

Фенотипові відмінності між нормальними та гусями, що харчуються з високим споживанням. a Послідовні зміни ваги. Абсолютна вага та відносна вага тканин. Відносна вага = абсолютна вага/маса тіла. c Збільшені фотографії печінки, відповідне заморожене фарбування червоною олією та екстракція Сокслета вмісту ліпідів у печінці. Фотографії гусей та печінки були зроблені у гусей, використаних у цьому дослідженні

Транскриптомічна різниця печінки та жирової тканини після годування з високим споживанням

Щоб дослідити зміни динамічної експресії, спричинені харчуванням з великим споживанням, ми створили середнє значення

11.50 Гб високоякісних даних про РНК-послідовності. Ми ідентифікували в середньому 77,44% кодуючих білок генів з FPKM ≥0,1 та 1702 передбачуваних lncRNA (більшість lncRNA були чутливими міжгенними lncRNA (44,6%), за якими йдуть розбіжні lncRNA та інші 3 категорії, додатковий файл 2). Ці lncRNA показали схожі характеристики експресії з іншими дослідженнями [13].

Існували суттєві відмінності між тканинами як в профілях мРНК, так і в профілях lncRNA (середньозважена дисперсія пропорції = 0,47 та 0,55 відповідно), з подальшою взаємодією між лікуванням та тканиною (середньозважена дисперсія частки = 0,16 у профілях мРНК) або лікування (середньозважена) дисперсія пропорції = 0,16 у профілях lncRNA), що вказує на те, що основним фактором відмінності експресії є тканина, а ефект лікування на моделі експресії lncRNA більший, ніж структури експресії mRNA (Додатковий файл 3).

Неконтрольована кластеризація також повторила чітку картину експресії між печінкою та жировою тканиною (рис. 2а). Структури кластеризації, в яких домінують тканини, та чіткі моделі кластеризації печінки між групами виявляють переважні відмінності між тканинами, і лікування печінки більше зачіпається. Внутрішньогрупова кореляція між тканинами також підтвердила нижчу кореляцію між жировою тканиною та печінкою, ніж між двома жировими тканинами (рис. 2б). Зразок контрольної групи C2-SA показав нижчу кореляцію з жировою тканиною загалом, ми припускаємо, що ця проба частково забруднена тканинами, такими як шкіра.

Транскриптомічні зміни для кожної тканини та кожної групи. a Матриця кореляції Пірсона для профілів мРНК та профілів lncRNA. Внутрішньогрупова кореляція кожної пари тканин. c Діаграма Венна за кількістю диференційовано виражених генів між нормально вигодованими гусями та гусями з високим споживанням. АА - черевна жирова, СА - підшкірна жирова. Т - група з високим споживанням, С - контрольна група

Гени, що кодують білок, що беруть участь у динамічному метаболізмі ліпідів

Ми виявили понад 6000 DEG між печінкою та жировою тканиною (як в нормальному, так і в режимі харчування), порівняно з лише

400 градусів між двома жировими тканинами. Ми виявили 1930 DEG у печінці (13,97% з 13 815 експресуючих генів з FPKM> 0,1) порівняно з 1045 (6,60% з 15 829 генів з FPKM> 0,1) та 891 DEG (4,73% з 18 839 генів з FPKM> 0,1) у черевній жировій клітковині та підшкірної жирової клітини після годування з високим споживанням, відповідно (рис. 2в). Виявлення більш ніж подвоєної кількості DEG в печінці порівняно з жировою, і велика кількість печінково-специфічних DEG підтверджує гіпотезу про те, що печінка відіграє роль у метаболізмі ліпідів під час годування з великим споживанням.

Як і очікувалося від змін, що спостерігаються у фенотипі, ДЕГ, виявлені в печінці, брали значну участь у метаболічних шляхах, таких як метаболізм амінокислот, метаболізм вуглецю та імунна відповідь. Ці гени, як правило, функціонують у зв'язуванні АТФ, зв'язуванні з білками, процесі окисного відновлення та глюконеогенезі (рис. 3а). Подібне збагачення ДЕГ, виявлених у жировій і підшкірній жировій клітковини, спостерігалось, і більшість збагачених шляхів та термінів ГО були пов'язані з метаболізмом, як очікувалося. Зміни в метаболічних процесах були пов’язані з підвищенням регуляції експресії в печінці при надмірному споживанні енергії (додатковий файл 4). Ми також помітили, що ДЕГ, що регулюються вниз, більше беруть участь в імунній відповіді, особливо шляхи, пов'язані з раком (Додатковий файл 4). Потрібно додатково досліджувати зв'язок між змінами експресії та незначним або відсутністю патологічного розвитку у гусака.