Preview

Полнотранскриптомный анализ экспрессии генов в печени мышей в сравнительном исследовании эффективности кверцетина на двух моделях ожирения

https://doi.org/10.14341/probl12561

Полный текст:

Аннотация

ОБОСНОВАНИЕ. Кверцетин (Q; 3,3',4',5,7-пентагидроксифлавон) при поступлении в организм в составе диетических лечебных продуктов и биологически активных добавок (БАД) может способствовать облегчению патологических последствий алиментарного ожирения и метаболического синдрома. Механизмы действия Q на генетическом уровне недостаточно изучены.
ЦЕЛЬ. Изучить экспрессию генов в ткани печени мышей с индуцированным диетой и генетически детерминированным ожирением при поступлении Q с рационом.
МЕТОДЫ. В течение 46 суток эксперимента на 32 самцах мышей линии C57Bl/6J, получавших рацион с избытком жира и фруктозы, и 24 самцах генетически тучных мышей линии db/db изучено влияние добавки Q в дозе 25 или 100 мг/кг массы тела на дифференциальную экспрессию 39 430 генов методом полнотранскриптомного профилирования на микрочипе по протоколу Agilent One-Color Microarray-Based Gene Expression Analysis Low Input Quick Amp Labeling (version 6.8). Для выявления метаболических путей (KEGGs), являющихся мишенями воздействия Q, транскриптомные данные анализировали методами биоинформатики в среде «R».
РЕЗУЛЬТАТЫ. Выявлены различия в характере влияния добавки Q на животных с индуцированным диетой и генетически детерминированным ожирением на ряд ключевых метаболических путей, включая обмен липидов и стероидов (гены Saa3, Cidec, Scd1, Apoa4, Acss2, Fabp5, Car3, Acacb, Insig2), аминокислот и азотистых оснований (Ngef, Gls2), углеводов (G6pdx, Pdk4), регуляцию клеточного роста, апоптоза и пролиферации (Btg3, Cgref1, Fst, Nrep Tuba8), нейротрансмиссию (Grin2d, Camk2b), реакции иммунной системы (CD14, Jchain, Ifi27l2b).
ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Полученные данные позволяют объяснить неоднозначную эффективность Q, как и других полифенолов, в диетотерапии различных форм ожирения у людей, а также сформировать набор чувствительных маркеров, позволяющих оценивать результативность применения минорных биологически активных веществ пищи в доклинических испытаниях новых средств метаболической коррекции ожирения и метаболического синдрома.

Об авторах

Н. В. Трусов
Федеральный исследовательский центр питания, биотехнологии и безопасности пищи
Россия

Трусов Никита Вячеславович.
109240 Москва, Устьинский проезд, д. 2/14.
elibrary SPIN-код: 5182-2665



С. А. Апрятин
Федеральный исследовательский центр питания, биотехнологии и безопасности пищи
Россия

Апрятин Сергей Алексеевич - кандидат биологических наук.
109240 Москва, Устьинский проезд, д. 2/14.
elibrary SPIN-код: 4250-2758



В. А. Шипелин
Федеральный исследовательский центр питания, биотехнологии и безопасности пищи; Российский экономический университет им. Г.В. Плеханова
Россия

Шипелин Владимир Александрович - кандидат медицинских наук.
109240 Москва, Устьинский проезд, д. 2/14.
elibrary SPIN-код: 6779-8351



И. В. Гмошинский
Федеральный исследовательский центр питания, биотехнологии и безопасности пищи
Россия

Гмошинский Иван Всеволодович - доктор биологических наук.
109240 Москва, Устьинский проезд, д. 2/14.
elibrary SPIN-код: 4501-9387



Список литературы

1. Deck CA, Honeycutt JL, Cheung E, et al. Assessing the functional role of leptin in energy homeostasis and the stress response in vertebrates. Front Endocrinol (Lausanne). 2017;8:63. doi: 10.3389/fendo.2017.00063.

2. Hsu TM, Hahn JD, Konanur VR, et al. Hippocampus ghrelin signaling mediates appetite through lateral hypothalamic orexin pathways. Elife. 2015;4:e11190. doi: 10.7554/eLife.11190.

3. Bojanowska E, Ciosek J. Can we selectively reduce appetite for energy-dense foods? An overview of pharmacological strategies for modification of food preference behavior. Curr Neuropharmacol. 2016;14(2):118-142. doi: 10.2174/1570159X1466615110 9103147.

4. Ouchi N, Parker JL, Lugus JJ, Walsh K. Adipokines in inflammation and metabolic disease. Nat Rev Immunol. 2011;11(2):85-97. doi: 10.1038/nri2921.

5. Kobori M, Masumoto S, Akimoto Y, Oike H. Chronic dietary intake of quercetin alleviates hepatic fat accumulation associated with consumption of a Western-style diet in C57/BL6J mice. Mol Nutr Food Res. 2011;55(4):530-540. doi: 10.1002/mnfr.201000392.

6. Panchal SK, Poudyal H, Brown L. Quercetin ameliorates cardiovascular, hepatic, and metabolic changes in diet-induced metabolic syndrome in rats. J Nutr. 2012;142(6):1026-1032. doi: 10.3945/jn.111.157263.

7. Edwards RL, Lyon T, Litwin SE, et al. Quercetin reduces blood pressure in hypertensive subjects. J Nutr. 2007;137(11):2405-2411. doi: 10.1093/jn/137.11.2405.

8. Castrejon-Tellez V, Rodr(guez-P£rez JM, Perez-Torres I, et al. The effect of resveratrol and quercetin treatment on PPAR mediated uncoupling protein (UCP-) 1, 2, and 3 expression in visceral white adipose tissue from metabolic syndrome rats. Int J Mol Sci. 2016;17(7):1069. doi: 10.3390/ijms17071069.

9. Reeves PG, Nielsen FH, Fahey GC Jr. AIN-93 purified diets for laboratory rodents: final report of the American Institute of Nutrition ad hoc writing committee on the reformulation of the AIN-76A rodent diet. J Nutr. 1993;123(11):1939-1951. doi: 10.1093/jn/123.11.1939.

10. Апрятин С.А., Трусов Н.В., Горбачев А.Ю., и др. Сравнительный анализ полнотранскриптомного профиля печени крыс Wistar, получавших рационы с различным содержанием жира, фруктозы и холестерина // Биохимия. — 2019. — Т. 84. — №9. — С. 1344-1358. doi: 10.1134/S0320972519090124.

11. Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG). Available from: https://www.genome.jp/kegg/.

12. Benjamini Y, Hochberg Y. Controlling the false discovery rate: a practical and powerful approach to multiple testing. J R Statist Soc B. 1995;57(1):289-300. doi: 10.1111/j.2517-6161.1995.tb02031.x.

13. Kosters A, Kunne C, Looije N, et al. The mechanism of ABCG5/ABCG8 in biliary cholesterol secretion in mice. J Lipid Res. 2006;47(9):1959-1966. doi: 10.1194/jlr.M500511-JLR200.

14. Муругина Н.Е., Будихина А.С., Максимчик П.В., и др. Синергическое взаимодействие рецепторов NOD1 и TLR4 врожденного иммунитета: транскрипционные и метаболические аспекты // Иммунология. — 2019. — Т. 40. — №2. — С. 9-16. doi: 10.2411/0206-4952-2019-12002.

15. Yang JA, Yasrebi A, Snyder M, Roepke TA. The interaction of fasting, caloric restriction, and diet-induced obesity with 17e-estradiol on the expression of KNDy neuropeptides and their receptors in the female mouse. Mol Cell Endocrinol. 2016;437:35-50. doi: 10.1016/j.mce.2016.08.008.

16. Апрятин С.А., Шипелин В.А., Трусов Н.В., и др. Влияние кверцетина на метаболизм и поведенческие реакции мышей с нормальной и нарушенной рецепцией лептина // Известия РАН. Серия биологическая. — 2020. — №4. — С. 411-422. doi: 10.1134/s1062359020040020.

17. Ather JL, Poynter ME. Serum amyloid A3 is required for normal weight and immunometabolic function in mice. PLoS One. 2018;13(2):e0192352. doi: 10.1371/journal.pone.0192352.

18. Sanada Y, Yamamoto T, Satake R, et al. Serum amyloid A3 gene expression in adipocytes is an indicator of the interaction with macrophages. Sci Rep. 2016;6:38697. doi: 10.1038/srep38697.

19. Puri V, Konda S, Ranjit S, et al. Fat-specific protein 27, a novel lipid droplet protein that enhances triglyceride storage. J Biol Chem. 2007;282(47):34213-34218. doi: 10.1074/jbc.M707404200.

20. Langhi C, Arias N, Rajamoorthi A, et al. Therapeutic silencing of fat-specific protein 27 improves glycemic control in mouse models of obesity and insulin resistance. J Lipid Res. 2017;58(1):81-91. doi: 10.1194/jlr.M069799.

21. Duverger N, Tremp G, Caillaud JM, et al. Protection against atherogenesis in mice mediated by human apolipoprotein A-IV. Science. 1996;273(5277):966-968. doi: 10.1126/science.273.5277.966.

22. Shi L, Butt B, Ip FC, et al. Ephexin1 is required for structural maturation and neurotransmission at the neuromuscular junction. Neuron. 2010;65(2):204-216. doi: 10.1016/j.neuron.2010.01.012.

23. Lounis MA, Escoula Q, Veillette C, et al. SCD1 deficiency protects mice against ethanol-induced liver injury. Biochim Biophys Acta. 2016;1861(11):1662-1670. doi: 10.1016/j.bbalip.2016.07.012.

24. Мжельская К.В., Трусов Н.В., Апрятин С.А., и др. Влияние кверцетина на экспрессию генов ферментов углеводного и липидного обмена в печени у крыс с генетически обусловленным и алиментарным ожирением // Вопросы питания. — 2019. — Т. 88. — №2. — С. 6-16. doi: 10.24411/0042-8833-2019-10012.

25. Takagi H, Ikehara T, Kashiwagi Y, et al. ACC2 deletion enhances IMCL reduction along with acetyl-CoA metabolism and improves insulin sensitivity in male mice. Endocrinology. 2018;159(8):3007-3019. doi: 10.1210/en.2018-00338.

26. Jeon SM, Chandel NS, Hay N. AMPK regulates NADPH homeostasis to promote tumour cell survival during energy stress. Nature. 2012;485(7400):661-665. doi: 10.1038/nature11066.

27. Ham M, Choe SS, Shin KC, et al. Glucose-6-phosphate dehydrogenase deficiency improves insulin resistance with reduced adipose tissue inflammation in obesity. Diabetes. 2016;65(9):2624-2638. doi: 10.2337/db16-0060.

28. Tao R, Wang C, Stohr O, et al. Inactivating hepatic follistatin alleviates hyperglycemia. Nat Med. 2018;24(7):1058-1069. doi: 10.1038/s41591-018-0048-0.

29. Velazquez-Villegas LA, Charabati T, Contreras AV, et al. PPARa downregulates hepatic glutaminase expression in mice fed diets with different protein:carbohydrate ratios. J Nutr. 2016;146(9):1634-1640. doi: 10.3945/jn.116.232868.

30. Huang Z, Zhang M, Plec AA, et al. ACSS2 promotes systemic fat storage and utilization through selective regulation of genes involved in lipid metabolism. Proc Natl Acad Sci U S A. 2018;115(40):E9499-E9506. doi: 10.1073/pnas.1806635115.

31. Ma X, Ren X, Han P, et al. SiRNA against Fabp5 induces 3T3-L1 cells apoptosis during adipocytic induction. Mol Biol Rep. 2010;37(8):4003-4011. doi: 10.1007/s11033-010-0059-5.

32. Hamilton J, Koumas C, Clavin BH, et al. Fatty acid-binding proteins 5 and 7 gene deletion increases sucrose consumption and diminishes forced swim immobility time. Behav Pharmacol. 2018;29(6):503-508. doi: 10.1097/FBP.0000000000000402.

33. Shibue K, Yamane S, Harada N, et al. Fatty acid-binding protein 5 regulates diet-induced obesity via GIP secretion from enteroendocrine K cells in response to fat ingestion. Am J Physiol Endocrinol Metab. 2015;308(7):E583-591. doi: 10.1152/ajpendo.00543.2014.

34. Fernandez-Fernandez MR, Veprintsev DB, Fersht AR. Proteins of the S100 family regulate the oligomerization of p53 tumor suppressor. Proc Natl Acad Sci U S A. 2005;102(13):4735-4740. doi: 10.1073/pnas.0501459102.

35. Quinones M, Al-Massadi O, Folgueira C, et al. p53 in AgRP neurons is required for protection against diet-induced obesity via JNK1. Nat Commun. 2018;9(1):3432. doi: 10.1038/s41467-018-05711-6.

36. Roe ND, Ren J. Oxidative activation of Ca(2+) / calmodulin-activated kinase II mediates ER stress-induced cardiac dysfunction and apoptosis. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 2013;304(6):H828-839. doi: 10.1152/ajpheart.00752.2012. 46.

37. Li K, Zhou T, Liao L, et al. eCaMKII in lateral habenula mediates core symptoms of depression. Science. 2013;341(6149):1016-1020. doi: 10.1126/science.1240729.

38. Hardingham GE, Fukunaga Y, Bading H. Extrasynaptic NMDARs oppose synaptic NMDARs by triggering CREB shut-off and cell death pathways. Nat Neurosci. 2002;5(5):405-414. doi: 10.1038/nn835.

39. Qi L, Saberi M, Zmuda E, et al. Adipocyte CREB promotes insulin resistance in obesity. Cell Metab. 2009;9(3):277-286. doi: 10.1016/j.cmet.2009.01.006.

40. Rein-Fischboeck L, Pohl R, Haberl EM, et al. Tubulin alpha 8 is expressed in hepatic stellate cells and is induced in transformed hepatocytes. Mol Cell Biochem. 2017;428(1-2):161-170. doi: 10.1007/s11010-016-2926-4.

41. Degenhardt T, Saramaki A, Malinen M, et al. Three members of the human pyruvate dehydrogenase kinase gene family are direct targets of the peroxisome proliferator-activated receptor beta/delta. J Mol Biol. 2007;372(2):341-355. doi: 10.1016/j.jmb.2007.06.091.

42. Rabinovich RA, Drost E, Manning JR, et al. Genome-wide mRNA expression profiling in vastus lateralis of COPD patients with low and normal fat free mass index and healthy controls. Respir Res. 2015;16(1):1. doi: 10.1186/s12931-014-0139-5.

43. Leung JK, Cases S, Vu TH. P311 functions in an alternative pathway of lipid accumulation that is induced by retinoic acid. J Cell Sci. 2008;121(Pt 16):2751-2758. doi: 10.1242/jcs.027151.

44. LaPensee CR, Lin G, Dent AL, Schwartz J. Deficiency of the transcriptional repressor B cell lymphoma 6 (Bcl6) is accompanied by dysregulated lipid metabolism. PLoS One. 2014;9(6):e97090. doi: 10.1371/journal.pone.0097090.

45. Seo MS, Lee MS, Lim IK. Expression of rat BTG(3) gene, Rbtg3, is regulated by redox changes. Gene. 1999;240(1):165-173. doi: 10.1016/S0378-1119(99)00415-1.

46. Carter WG, Vigneswara V, Newlaczyl A, et al. Isoaspartate, carbamoyl phosphate synthase-1, and carbonic anhydrase-III as biomarkers of liver injury. Biochem Biophys Res Commun. 2015;458(3):626-631. doi: 10.1016/j.bbrc.2015.01.158.

47. Roncon-Albuquerque R, Moreira-Rodrigues M, Faria B, et al. Attenuation of the cardiovascular and metabolic complications of obesity in CD14 knockout mice. Life Sci. 2008;83(13-14):502-510. doi: 10.1016/j.lfs.2008.07.021.

48. Lu MY, Liao F. Interferon-stimulated gene ISG12b2 is localized to the inner mitochondrial membrane and mediates virus-induced cell death. Cell Death Differ. 2011;18(6):925-936. doi: 10.1038/cdd.2010.160.

49. Arai S, Maehara N, Iwamura Y, et al. Obesity-associated autoantibody production requires AIM to retain the immunoglobulin M immune complex on follicular dendritic cells. Cell Rep. 2013;3(4):1187-1198. doi: 10.1016/j.celrep.2013.03.006.

50. Kim SJ, Choi Y, Choi YH, Park T. Obesity activates toll-like receptor-mediated proinflammatory signaling cascades in the adipose tissue of mice. J Nutr Biochem. 2012;23(2):113-122. doi: 10.1016/j.jnutbio.2010.10.012.

51. Ueki I, Giesy SL, Harvatine KJ, et al. The acid-labile subunit is required for full effects of exogenous growth hormone on growth and carbohydrate metabolism. Endocrinology. 2009;150(7):3145-3152. doi: 10.1210/en.2008-1740.

52. Yabe D, Komuro R, Liang G, et al. Liver-specific mRNA for Insig-2 down-regulated by insulin: implications for fatty acid synthesis. Proc Natl Acad Sci U S A. 2003;100(6):3155-3160. doi: 10.1073/pnas.0130116100.

53. Kobayashi K, Forte TM, Taniguchi S, et al. The db/db mouse, a model for diabetic dyslipidemia: molecular characterization and effects of Western diet feeding. Metabolism. 2000;49(1):22-31. doi: 10.1016/S0026-0495(00)90588-2.


Дополнительные файлы

1. Рис.1. Репрезентативные микропрепараты печени мышей.
Тема
Тип Исследовательские инструменты
Посмотреть (494KB)    
Метаданные
2. Рис. 2.Теоретико-множественный анализ (диаграммы Венна) распределения числа дифференциально экспрессированных генов при сравнении экспериментальных in vivo моделей у db/db и C57Bl/6J мышей
Тема
Тип Исследовательские инструменты
Посмотреть (50KB)    
Метаданные
3. Рис. 3. Теоретико-множественный анализ (диаграммы Венна) распределения числа дифференциально экспрессированных генов у мышей C57Bl/6J (а) и db/db (б) в зависимости от дозы Q
Тема
Тип Исследовательские инструменты
Посмотреть (29KB)    
Метаданные
4. Рис. 4. Теоретико-множественный анализ (диаграммы Венна) распределения числа модифицированных метаболических путей (KEGGs) у мышей C57Bl/6J (а) и db/db (б) в зависимости от дозы Q и при сравнении мышей двух этих линий между собой при дозах Q 25 (в) и 100 мг/кг м.т. (г)
Тема
Тип Исследовательские инструменты
Посмотреть (36KB)    
Метаданные
5. Рис. 5. Сравнение изменений метаболических путей Steroid hormone biosynthesis у мышей db/db и C57Bl/6J, под действием Q в дозе 100 мг/кг м.т.
Тема
Тип Исследовательские инструменты
Посмотреть (92KB)    
Метаданные
6. Рис. 6. Сравнение изменений метаболических путей PPAR Signaling у мышей db/db и C57Bl/6J, под действием Q в дозе 100 мг/кг м.т.
Тема
Тип Исследовательские инструменты
Посмотреть (83KB)    
Метаданные
7. Рис. 7. Сравнение изменений метаболических путей Retinol metabolism у мышей db/db и C57Bl/6J, под действием Q в дозе 100 мг/кг м.т.
Тема
Тип Исследовательские инструменты
Посмотреть (77KB)    
Метаданные
8. Рис. 8. Схема, основанная на результатах полнотранскриптомного анализа, взаимосвязи внутриклеточных процессов, являющихся мишенями воздействия кверцетина в гепатоцитах мышей db/db и C57Bl/6J
Тема
Тип Исследовательские инструменты
Посмотреть (116KB)    
Метаданные

Для цитирования:


Трусов Н.В., Апрятин С.А., Шипелин В.А., Гмошинский И.В. Полнотранскриптомный анализ экспрессии генов в печени мышей в сравнительном исследовании эффективности кверцетина на двух моделях ожирения. Проблемы Эндокринологии. 2020;66(5):31-47. https://doi.org/10.14341/probl12561

For citation:


Trusov N.V., Apryatin S.A., Shipelin V.A., Gmoshinski I.V. Full transcriptome analysis of gene expression in liver of mice in a comparative study of quercetin efficiency on two obesity models. Problems of Endocrinology. 2020;66(5):31-47. (In Russ.) https://doi.org/10.14341/probl12561

Просмотров: 135


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 0375-9660 (Print)
ISSN 2308-1430 (Online)