Departamentul de Genetică Moleculară, Centrul Medical Southwestern al Universității din Texas, Dallas, Texas, 75390, Statele Unite ale Americii, Departamentul de Neuroștiințe, Centrul Medical Southwestern al Universității din Texas, Dallas, Texas, 75390, Statele Unite ale Americii, Centrul pentru Neurodegenerare Translațională Cercetare, Universitatea din Texas Southwestern Medical Center, Dallas, Texas, 75390, Statele Unite ale Americii

modifică

Departamentul de Genetică Moleculară, Centrul Medical Southwestern al Universității din Texas, Dallas, Texas, 75390, Statele Unite ale Americii, Departamentul de Neuroștiințe, Centrul Medical Southwestern al Universității din Texas, Dallas, Texas, 75390, Statele Unite ale Americii, Centrul pentru Neurodegenerare Translațională Cercetare, Universitatea din Texas Southwestern Medical Center, Dallas, Texas, 75390, Statele Unite ale Americii, Departamentul de Neurologie și Neuroterapie, Universitatea din Texas Southwestern Medical Center, Dallas, Texas, 75390, Statele Unite ale Americii, Centrul pentru Neuroștiințe, Departamentul de Neuroanatomie, Universitatea Albert-Ludwigs, Freiburg, Germania

Cifre

Abstract

Boala Alzheimer este o boală neurodegenerativă incurabilă în prezent care afectează milioane de indivizi din întreaga lume. Factorii de risc pentru boala Alzheimer includ factori genetici de risc, cum ar fi deținerea alelei ε4 a apolipoproteinei E (ApoE4) față de alela ApoE3 neutră din punct de vedere al riscului și a factorilor de risc ai stilului de viață, cum ar fi dieta și exercițiile fizice. Intersecția acestor două surse de risc de boală nu este bine înțeleasă. Am investigat impactul dietei asupra nivelurilor de ApoE hrănind șoareci de tip sălbatic, ApoE3 și ApoE4 de înlocuire (TR) cu diete chow, bogate în grăsimi sau ketogene (bogate în grăsimi, foarte scăzute în carbohidrați). Am constatat că dieta bogată în grăsimi a afectat atât nivelurile plasmatice cât și hipocampice ale ApoE într-o manieră dependentă de izoformă, dieta bogată în grăsimi provocând o reducere surprinzătoare a nivelurilor de ApoE hipocampice la șoarecii ApoE3 TR. Dimpotrivă, dieta ketogenică nu a avut niciun efect asupra ApoE-ului hipocampic. Descoperirile noastre sugerează că utilizarea intervențiilor dietetice pentru a încetini progresia AD ar trebui să ia în considerare genotipul ApoE.

Citare: Lane-Donovan C, Herz J (2016) Dieta bogată în grăsimi modifică apolipoproteina hipocampală E (ApoE) într-o manieră dependentă de genotip și carbohidrați la șoareci. PLoS ONE 11 (2): e0148099. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0148099

Editor: Zane Andrews, Universitatea Monash, AUSTRALIA

Primit: 9 septembrie 2015; Admis: 13 ianuarie 2016; Publicat: 1 februarie 2016

Disponibilitatea datelor: Toate datele relevante se găsesc în lucrare.

Finanțarea: Această lucrare a fost susținută de grantul NIH F30 AG047799 (către CLD), grantul NIH R37 HL63762 (către JH), Fundația Americană de Asistență în Sănătate (către JH), Consorțiul pentru Cercetarea Dementei Frontotemporale (către JH), Fundația Bright Focus JH), Fundația Lupe Murchison (către JH) și Fundația Ted Nash Long Life (către JH). Finanțatorii nu au avut niciun rol în proiectarea studiului, colectarea și analiza datelor, decizia de publicare sau pregătirea manuscrisului.

Interese concurente: Autorii au declarat că nu există interese concurente.

Introducere

Boala Alzheimer (AD) este demența cea mai răspândită la persoanele cu vârsta peste 60 de ani, afectând aproximativ 30 de milioane de oameni din întreaga lume. Cel mai frecvent factor de risc genetic pentru AD este deținerea alelei ε4 a apolipoproteinei E (ApoE4) [1]. În plus față de factorii de risc genetici, cum ar fi ApoE4, au fost stabiliți și factori de risc non-genetici pentru AD, inclusiv factorii de stil de viață de greutate, dietă și exerciții fizice, iar acești factori de stil de viață pot reprezenta până la o treime din cazurile de AD [2] ]. Odată cu concurența atât a unei populații în vârstă, cât și a unei societăți progresiv supraponderale și obeze, înțelegerea intersecției dintre dietă, genotip și declinul cognitiv va deveni din ce în ce mai importantă.

Mai multe studii au cercetat efectul modificării factorilor de stil de viață pentru a îmbunătăți rezultatele AD și interacțiunea lor cu genotipul ApoE. De exemplu, angajarea în exerciții zilnice îmbunătățește funcția cognitivă la pacienții cu AD și tulburări cognitive conexe și reduce amiloidul creierului [3], iar purtătorii ApoE4 experimentează beneficii pozitive mai mari ale implicării în exercițiu [4]. Similar exercițiilor fizice, introducerea unei diete occidentale și a obezității asociate într-o țară se corelează cu o incidență crescută a AD în țara respectivă [5], în timp ce aderarea la o dietă mediteraneană este asociată cu un risc redus de AD și cu insuficiență cognitivă ușoară (MCI) ).) [6]. Cu toate acestea, spre deosebire de exerciții fizice, intervențiile dietetice par a fi mai puțin eficiente la purtătorii ApoE4 [7].

În plasmă, ApoE joacă un rol cheie în traficul de lipoproteine ​​pline de lipide de la intestin la ficat, astfel o dietă bogată în grăsimi crește nivelul plasmatic de ApoE [8]. Cu toate acestea, efectul dietei asupra nivelurilor hipocampice ale ApoE nu este bine înțeles. Aici am investigat efectele modificărilor dietetice asupra ApoE-ului hipocampic. Am constatat că, în contrast puternic cu ApoE plasmatic, dieta bogată în grăsimi fie reduce, fie nu are niciun efect asupra nivelului hipocampic al ApoE, într-o manieră izoformă. Mai mult, acest efect este dependent de carbohidrați, întrucât o dietă ketogenică bogată în grăsimi, fără carbohidrați, nu a afectat nivelul hipocampic al ApoE. În general, aceste constatări sugerează că dieta poate avea un efect direct asupra ApoE hipocampic și că intervențiile dietetice pentru AD ar trebui să ia în considerare genotipul ApoE.

Materiale și metode

Declarația privind animalele și etica

Toate protocoalele de îngrijire a animalelor au fost urmate în conformitate și aprobate de Comitetul instituțional de îngrijire și utilizare a animalelor din cadrul Centrului Medical Southwestern al Universității din Texas. Șoarecii au fost profund anesteziați cu izofluran și apoi sacrificați. Șoareci de tip sălbatic (hibrid SV129/C57BL6) și șoareci ApoE3 [9] și ApoE4 [10] de șoareci înlocuitori direcționați crescuți la homozigoză au fost folosiți în acest studiu. Animalele au fost adăpostite în grup într-un ciclu de lumină standard de 12 ore și au fost hrănite ad libitum șoareci standard.

Dietele cetogenice și bogate în grăsimi

După înțărcare, animalele au fost menținute pe o dietă chow (18% proteine, Harlan Teklad # 2018). Animalele potrivite pentru vârsta de 2-3 luni au fost hrănite fie cu un conținut ridicat de grăsimi (kcals: 60% grăsimi, 20% proteine, 20% carbohidrați, pe bază de untură, D12492 de la Research Diets, Inc.), ketogene (75% grăsimi, 8,6% proteine, 3,2% carbohidrați, pe bază de untură și unt, AIN-76A-modificat din Bio Serv) sau dieta chow. Șoarecii au fost hrăniți ad libitum pe toate dietele.

Colectarea țesuturilor, omogenizarea și Western Blot

Șoarecii au fost anesteziați și sângele a fost colectat retro-orbital folosind tuburi de hematocrit heparinizat (Drummond). Probele au fost centrifugate timp de 10 minute la 4.000 rpm la 4C și supernatantul (plasma) a fost reținut. Șoarecii au fost apoi profund anesteziați cu izofluran și sacrificați, apoi perfuzați transcardial cu PBS răcit cu gheață. Hipocampul a fost disecat și congelat rapid în azot lichid. Probele au fost diluate 1:20 sau omogenizate în tampon RIPA cu inhibitori de protează și fosfatază (Sigma). Proteinele au fost rezolvate prin intermediul gelului de poliacrilamidă (Bio-Rad) și transferate în membranele de nitroceluloză. Membranele au fost blocate în tamponul de blocare (Li-Cor), apoi incubate cu anticorp primar. Membranele au fost apoi tratate cu anticorp secundar și proteinele au fost vizualizate folosind Odyssey CLx (Li-Cor).

Au fost utilizați următorii anticorpi: anti-ApoE policlonal de capră (Calbiochem 1: 1000), anti-ApoE policlonal de iepure (199, generat anterior de laboratorul nostru, vezi [11] 1: 1000), proteină asociată anti-receptor policlonal de policon (RAP) (692, generat anterior de laboratorul nostru, vezi [12] 1: 1000), și anti-transferrin policlonal de iepure (Abcam ab1223 1: 1000). Anticorpii secundari utilizați au fost anti-iepure 680 și anti-capră 800 (Li-Cor 1: 3000).

Analize statistice

Datele au fost analizate cu software-ul GraphPad Prism (versiunea 6.0, GraphPad Software). Șoarecii de tip sălbatic au fost analizați separat, deoarece a fost utilizat un anticorp diferit. Probele WT au fost normalizate la chow WT, iar probele ApoE3/E3 și ApoE4/4 au fost normalizate la chow ApoE3/E3. Probele de țesut de tip sălbatic au fost analizate cu un test t cu două cozi nepereche. Probele de țesut ApoE3 și ApoE4 au fost analizate folosind un ANOVA bidirecțional. În mod similar, modificările greutății corporale pentru toate genotipurile și dietele au fost analizate folosind un ANOVA bidirecțional. Pentru ANOVA bidirecționale, analiza post-hoc a fost efectuată folosind corecția Bonferroni pentru comparații multiple. Datele sunt reprezentate ca media ± S.E.M.

Rezultate

Pentru a testa efectul dietei asupra nivelurilor de ApoE, tipul sălbatic (WT), vârsta potrivită, înlocuirea țintită ApoE3/E3 (TR) și șoarecii masculi ApoE4/E4 TR au fost hrăniți cu o dietă bogată în grăsimi sau dietă chow timp de cinci săptămâni. Așa cum era de așteptat, dieta bogată în grăsimi a indus creșterea în greutate în toate genotipurile. În această cohortă, a existat un efect general al genotipului asupra greutății corporale; cu toate acestea, analiza post-hoc nu a relevat modificări semnificative pentru nicio comparație specifică genotip-genotip. S-a demonstrat anterior că șoarecii ApoE4 TR au greutate redusă în comparație cu șoarecii ApoE3 TR atât pe dietele chow cât și pe cele bogate în grăsimi [13]. Acest efect pare să crească odată cu vârsta, motiv pentru care se observă doar o mică diferență în studiul nostru. (Tabelul 1.)

Țesuturile de la șoareci fără post au fost examinate pentru a determina modificările la starea de echilibru în ApoE cauzate de dietă. Similar studiilor anterioare [8,9,14], a fost observată o creștere a ApoE plasmatic ca răspuns la dietă. Fig. 1A. Pentru șoarecii de tip sălbatic, un test t nepereche a relevat un efect semnificativ al dietei asupra plasmei ApoE (p Fig. 1. Efectul dietei bogate în grăsimi asupra plasmei și hipocampului ApoE.

A.) Nivelurile de ApoE plasmatice după 5 săptămâni pe o dietă bogată în grăsimi sau chow la șoareci de tip sălbatic, ApoE3 TR și ApoE4 TR. WT: chow (n = 15), WT: HFD (n = 9), ApoE3: chow (n = 14), ApoE3: HFD (n = 7), ApoE4: chow (n = 16), ApoE4: HFD (n = 16) = 7). B.) Nivelurile de ApoE hipocampal după 5 săptămâni pe o dietă bogată în grăsimi sau chow la șoareci de tip sălbatic, ApoE3 TR și ApoE4 TR. Pentru toate genotipurile pe HFD, n = 6. WT: chow (n = 12), ApoE3: chow (n = 12), ApoE4: chow (n = 13). Datele sunt afișate ca medie ± S.E.M. (* = p 0,05) șoareci. În plus, analiza post-hoc nu a evidențiat nicio diferență în nivelurile inițiale de ApoE hipocampice între șoarecii ApoE3 hrăniți cu chow și ApoE4 (p> 0,05). Nu a fost observat niciun efect al dietei sau genotipului asupra proteinelor asociate receptorilor (RAP), care a fost utilizată ca control al încărcării (ANOVA bidirecțional, pGenotip = 0,7547, pDiet = 0,9376).

Mai multe studii au sugerat că efectele dăunătoare ale dietei bogate în grăsimi provin din prezența carbohidraților în dietă, astfel am examinat efectul dietei ketogenice (bogate în grăsimi, fără carbohidrați) asupra nivelurilor de ApoE. Spre deosebire de dieta bogată în grăsimi, dieta ketogenică a cauzat pierderea în greutate la șoareci, iar șoarecii s-au echilibrat la o greutate finală care era de 65-75% din greutatea șoarecilor hrăniți cu chow, care este similară cu pierderea în greutate observată în studiile ketogenice anterioare [16]. (Masa 2.)

Dieta ketogenică nu a avut niciun efect asupra nivelurilor plasmatice de ApoE la șoarecii de tip sălbatic, dar a provocat o creștere semnificativă a șoarecilor ApoE4/E4 care a fost mai mare decât cea indusă de dieta bogată în grăsimi. Fig. 2A. Pentru șoarecii de tip sălbatic, un test t nepereche nu a evidențiat niciun efect al dietei asupra ApoE plasmatic (p = 0,8256). Pentru șoarecii ApoE3 și ApoE4, un ANOVA cu două căi nu a evidențiat niciun efect al genotipului (p = 0,3886), un efect semnificativ al dietei (p 0,05). Mai mult decât atât, analiza post-hoc nu a evidențiat nicio diferență în nivelurile inițiale de ApoE plasmatice între șoarecii ApoE3 și ApoE4 hrăniți cu chow (p> 0,05).