Wpływ diety kafeteryjnej matki na funkcje metaboliczne i rozrodcze potomstwa szczurów: w poszukiwaniu mechanizmu.
Type
Project
Date Issued
2020
Author
Julia Matuszewska
Discipline
biological sciences
Abstract (PL)
Problem otyłości ma charakter globalny i występuje u osób coraz młodszych. Otyłość, jest wynikiem braku równowagi energetycznej, która spowodowana jest zwiększonym spożyciem kalorii i zmniejszoną aktywnością fizyczną. Liczne badania wskazują na to, że skład makroelementów a zwłaszcza obecność dużej ilości węglowodanów i tłuszczy w diecie przyczynia się do rozwoju tych zaburzeń metabolicznych. Tzw. „zachodnia dieta” spożywana w krajach wysoko rozwiniętych charakteryzuje się znaczną zwartością przetworzonego czerwonego mięsa, masła, produktów mleczarskich o wysokiej zawartości tłuszczu, jaj, zbóż rafinowanych, ziemniaków, kukurydzy i napojów wysokocukrowych. W warunkach laboratoryjnych do naśladowania efektów powyższej diety stosuje się tzw. dietę kafeteryjną (DK). W DK około 45-55% energii pochodzi z tłuszczów i zawiera szereg produktów, które charakteryzują się dobrym smakiem i wysoką gęstością energetyczną. Co ważne, wpływy żywieniowe (pozytywne lub negatywne) mogą rozpocząć się już w ciąży,
być kontynuowane w czasie karmienia piersią i powodować poważne zmiany u potomstwa. Zgodnie z koncepcją programowania prenatalnego czynniki środowiskowe, które działają we wczesnych fazach rozwoju, mogą przeorganizować funkcjonowanie organizmów. Stwierdzono silną korelację pomiędzy niską masą urodzeniową dzieci a podwyższonym poziomem hormonu stresu – kortyzolu, rozwojem otyłości, cukrzycy typu 2 i dysfunkcjami układu rozrodczego w późniejszych okresach życia. Oprócz problemów metabolicznych u osób cierpiących na otyłość występuje wiele wtórnych zaburzeń w tym nieprawidłowości w funkcjonowaniu układu rozrodczego (m.in. zakłócenia cyklu menstruacyjnego u kobiet, spadek poziomu testosteronu i zakłócenia procesów spermatogenezy u mężczyzn, hypogonadyzm, przedwczesne porody, poronienia, czy niepłodność). Podobne nieprawidłowości systemu rozrodczego obserwuje się u potomstwa zwierząt eksponowanych w łonie matki na CD. Jednak mechanizm(y), przez który(e) dieta kobiet w ciąży wpływa na funkcje endokrynologiczne potomstwa, a zwłaszcza układu rozrodczego, nie są w pełni poznane. Dziedzina biologii reprodukcyjnej została zrewolucjonizowana przez odkrycie, że peptyd o nazwie kisspeptyna (KP) odgrywa kluczową rolę w regulacji dojrzewania płciowego i funkcji osi podwzgórze-przysadka mózgowa -gonady (PPG), która „zarządza” reprodukcją. Jednak ostatnio wykazano, że peptyd ten działa wspólnie z neurokininą B (NKB) i dynorfiną A (Dyn A). Stwierdzono, że w jądrze łukowatym podwzgórza znajdują się neurony zwane KNDy, w których zlokalizowane są wyżej wymienione peptydy kontrolujące oś PPG. Co ważne dla tego projektu, jądro łukowate podwzgórza może być miejscem, w którym zachodzą interakcje pomiędzy funkcjami metabolicznymi i reprodukcyjnymi. W obecnym projekcie badany będzie wpływ diety kafeteryjnej matek ma na funkcje metaboliczne i reprodukcyjne potomstwa. Testowana będzie hipoteza, że CD matek prowadząca do otyłości powoduje zmiany w ekspresji neuronów KND-y w podwzgórzu oraz kisspeptyny i jej receptora w tkankach obwodowych potomstwa, przyczyniając się u nich do problemów z funkcjonowaniem układu rozrodczego. Ponadto spodziewany jest płciowo-zależny wpływ ww. diety na ekspresję neuronów KNDy w podwzgórzu i kisspeptyny oraz jej receptora w tkankach obwodowych u potomstwa. Dane uzyskane w wyniku realizacji projektu znacząco poszerzą wiedzę z zakresu neuroendokrynologii i endokrynologii. Ponadto, otrzymane wyniki mogą przyczynić się do edukacji społeczeństwa i lepszego zrozumienia mechanizmu (mechanizmów) prenatalnego programowania funkcji metabolicznych i reprodukcyjnych. Uzyskane dane mogą być wykorzystane do promowania zdrowego stylu życia i wyboru odpowiedniej diety.
być kontynuowane w czasie karmienia piersią i powodować poważne zmiany u potomstwa. Zgodnie z koncepcją programowania prenatalnego czynniki środowiskowe, które działają we wczesnych fazach rozwoju, mogą przeorganizować funkcjonowanie organizmów. Stwierdzono silną korelację pomiędzy niską masą urodzeniową dzieci a podwyższonym poziomem hormonu stresu – kortyzolu, rozwojem otyłości, cukrzycy typu 2 i dysfunkcjami układu rozrodczego w późniejszych okresach życia. Oprócz problemów metabolicznych u osób cierpiących na otyłość występuje wiele wtórnych zaburzeń w tym nieprawidłowości w funkcjonowaniu układu rozrodczego (m.in. zakłócenia cyklu menstruacyjnego u kobiet, spadek poziomu testosteronu i zakłócenia procesów spermatogenezy u mężczyzn, hypogonadyzm, przedwczesne porody, poronienia, czy niepłodność). Podobne nieprawidłowości systemu rozrodczego obserwuje się u potomstwa zwierząt eksponowanych w łonie matki na CD. Jednak mechanizm(y), przez który(e) dieta kobiet w ciąży wpływa na funkcje endokrynologiczne potomstwa, a zwłaszcza układu rozrodczego, nie są w pełni poznane. Dziedzina biologii reprodukcyjnej została zrewolucjonizowana przez odkrycie, że peptyd o nazwie kisspeptyna (KP) odgrywa kluczową rolę w regulacji dojrzewania płciowego i funkcji osi podwzgórze-przysadka mózgowa -gonady (PPG), która „zarządza” reprodukcją. Jednak ostatnio wykazano, że peptyd ten działa wspólnie z neurokininą B (NKB) i dynorfiną A (Dyn A). Stwierdzono, że w jądrze łukowatym podwzgórza znajdują się neurony zwane KNDy, w których zlokalizowane są wyżej wymienione peptydy kontrolujące oś PPG. Co ważne dla tego projektu, jądro łukowate podwzgórza może być miejscem, w którym zachodzą interakcje pomiędzy funkcjami metabolicznymi i reprodukcyjnymi. W obecnym projekcie badany będzie wpływ diety kafeteryjnej matek ma na funkcje metaboliczne i reprodukcyjne potomstwa. Testowana będzie hipoteza, że CD matek prowadząca do otyłości powoduje zmiany w ekspresji neuronów KND-y w podwzgórzu oraz kisspeptyny i jej receptora w tkankach obwodowych potomstwa, przyczyniając się u nich do problemów z funkcjonowaniem układu rozrodczego. Ponadto spodziewany jest płciowo-zależny wpływ ww. diety na ekspresję neuronów KNDy w podwzgórzu i kisspeptyny oraz jej receptora w tkankach obwodowych u potomstwa. Dane uzyskane w wyniku realizacji projektu znacząco poszerzą wiedzę z zakresu neuroendokrynologii i endokrynologii. Ponadto, otrzymane wyniki mogą przyczynić się do edukacji społeczeństwa i lepszego zrozumienia mechanizmu (mechanizmów) prenatalnego programowania funkcji metabolicznych i reprodukcyjnych. Uzyskane dane mogą być wykorzystane do promowania zdrowego stylu życia i wyboru odpowiedniej diety.
Abstract (EN)
Obesity and related metabolic disorders are global issues, which reach younger and younger generation. Obesity results from energy imbalance, such as increased calorie intake and reduction in physical activity. Moreover, macronutrient composition of diets can contribute to development of metabolic problems. It has been proven that foods rich in simple carbohydrates, sodium or trans fats should be avoided. So called ”western diet”, which is consumed in highly developed countries, is characterized by high intakes of red processed meat, pre-packaged foods, butter, fried foods, high-fat dairy products, eggs, refined grains, potatoes, corn and high-sugar drinks. To mimic effects of above diet in laboratory settings cafeteria diet (CD) is used. In the CD about 45-55% of the Energy comes from fats, and it contains of a variety of products, which are characterized by good taste with high Energy density. Importantly, nutritional exposures (positive or negative) could start as early as at pregnancy and continue during lactation, and may cause serious alterations in offspring. According to the concept of the prenatal programming, environmental factors that act during early stages of development can organize or imprint physiological and behavioral systems. A strong correlation between low birth weight of children, high cortisol levels and later development of obesity, type 2 diabetes (DM2) and reproductive dysfunctions were reported. Besides metabolic disturbances that occur in obese patients, there are secondary problems including alterations in the reproductive system (e.g., disruptions of menstrual cycle in women, decrease in testosterone levels and spermatogenesis in men, hypogonadism, premature child birth, miscarriages or infertility). In animal models of perinatal or postnatal exposure to the CD similar alterations in reproductive functions were seen. However, the mechanism(s) by which diet during pregnancy and lactation influences the endocrine functions of the offspring, and especially reproductive system are not fully understood. The field of reproductive biology was revolutionized by the discovery that a peptide kisspeptin (KP) plays the crucial role in the regulation of puberty and functions of the hypothalamic-pituitarygonadal (HPG) axis, which governed the reproduction. However, recently it was shown that this peptide acts together with neurokinin B (NKB) and dynorphin A (Dyn A). It was found that in the part of the brain arcuate nucleus (Arc) of the hypothalamus, there are neurons called KNDy, which colocalized above mentioned peptides and control reproduction. Importantly for this project, the Arc could be a place where interactions between metabolism and reproduction occur. In the current project effects of maternal CD on metabolic and reproductive functions of offspring will be studied. The hypothesis that maternal CD diet, which lead to development of obesity, causes alterations in expression of KNDy neurons in the hypothalamus and kisspeptin and its receptor in peripheral organs of offspring will be tested. Moreover, sex-specific effects of maternal CD on KNDy neurons and kisspeptin system are expected. Data obtained as a result of this study will significantly broaden the knowledge of neuroendocrinology and endocrinology. Moreover, this study may contribute to society education and better understanding the mechanism(s) of prenatal programming of metabolic and reproductive functions. The obtained results can be used to promote a healthy lifestyle and appropriate diet selections.