Terugkeer van dopamienstelsel disfunksie in reaksie op hoë vet dieet (2013)

. Skrywer manuskrip; beskikbaar in PMC 2014 Jun 1.

Gepubliseer in finale geredigeerde vorm as:

PMCID: PMC3700634

NIHMSID: NIHMS435903

Abstract

Doelwit

Om te toets of 'n hoë vet dieet (HFD) dopaminerge toon in beloningstreke van die brein verminder en evalueer of hierdie veranderinge na verwydering van die HFD omkeer.

Ontwerp en Metodes

Manlike en vroulike muise het 60% HFD vir 12 weke gevoed. 'N Addisionele groep is 4 weke geëvalueer nadat die HFD verwyder is. Hierdie groepe is vergelyk met beheer gevoed, ouderdom-ooreenstemmende kontrole. Sukrose en sakkaraine-voorkeur is saam met mRNA-uitdrukking van dopamienverwante gene gemeet deur RT-qPCR. Dopamien en DOPAC is gemeet met behulp van hoëprestasie vloeistofchromatografie. DNA-metilering van die DAT-promotor is gemeet deur gemetileerde DNA-immmunoprecipitasie en RT-qPCR.

Results

Na chroniese HFD is die sukrose-voorkeur verminder, en dan genormaliseer na verwydering van die HFD. Verminderde uitdrukking van dopamiengene, verminderde dopamien-inhoud en veranderinge in DAT-promotor-metilering is waargeneem. Belangrik is, die reaksie op HFD en die volharding van veranderinge hang af van seks en brein streek.

Gevolgtrekkings

Hierdie data identifiseer verminderde dopamien toon na vroeë lewe chroniese HFD met 'n komplekse patroon van omkering en volharding wat wissel deur beide seks en brein streek. SSS-veranderinge wat nie na HFD-onttrekking teruggekeer het nie, kan bydra tot die probleem om gewigsverlies na dieetintervensie te handhaaf.

sleutelwoorde: Dopamien, Hoë-vet dieet, DAT, geslagsverskille, vetsug, onttrekking, DNA-metilering

Inleiding

Oorbenutting van wydbeskikbare, kalorie-digte smaaklike kos word beskou as 'n belangrike faktor wat bydra tot die hoë vetsugvlakke in die VSA (). Aangesien smaaklike kosse dikwels verbruik word nadat energievereistes nagekom is, kan die belonende eienskappe van smaaklike kosse homeostatiese versadigingsseine oorheers. Baie neurotransmitters speel 'n rol in voedingsgedrag (bv. Opioïede, dopamien, GABA, serotonien) asook die integrasie van perifere nutriënt seine (bv. Leptien, insulien, ghrelien). Dopamien sein is 'n belangrike bemiddelaar in beide voedselbeloning en beloning-soekende gedrag, aangesien dopamien in die mesolimbiese / mesokortiese streek geassosieer word met die belonende eienskappe van voedsel, seks en dwelms van verslawing (). Akute, lekker kos veroorsaak 'n uitbarsting van dopamien in die sentrale beloningstelsel (,). Met chroniese verbruik van kosbare kos, kan die verhoogde dopamien vrylating mettertyd tot aanpassings lei wat met die vergoeding hipo-funksie geassosieer word.

Verskeie lyne van bewyse ondersteun die hipotese van veranderde dopamienfunksie in vetsug. Menslike beeldvormingstudies het gestremde aktivering in beloningstreke van vetsugtige pasiënte getoon terwyl 'n hoogs smaaklike oplossing (milkshake) gedrink word (). Die stomp reaksie-reaksie is geassosieer met minder dopamienreseptor D2 beskikbaarheid. Trouens, mutasies in die menslike dopamien D2-reseptor is gekoppel aan beide vetsug en verslawing (). Dopamieninhoud in die sinaps word grootliks beheer deur dopamien transporter (DAT) opname. Dopamien-vervoerdervlakke word negatief gekorreleer met die liggaamsmassa-indeks en genetiese variante van DAT word ook met vetsug geassosieer (,). Diere modelle van vetsug het gedemonstreer afname in basale ekstrasellulêre dopamien en verminderde dopamien-neurotransmissie in die nukleusbuis en ventrale tegmentale area (,,). Afname in dopamienverwante gene na chroniese hoë vet (HF) dieet dui op verminderde sein in beloningstreke (, ,,). Hierdie afname in dopamienaktiwiteit na chroniese hoë vet dieet kan die sensitiwiteit vir natuurlike belonings verminder en voortgesette oorverbruik en verdere gewigstoename fasiliteer.

Vroeë lewe is 'n kritieke tydperk in breinontwikkeling, en die vroeë voedingsomgewing kan breinbane beïnvloed wat voedselinname en energie metabolisme beheer. Vroeë blootstelling van muise tot 'n hoë vet dieet vir so min as een week het volwasse kalorie-inname en uitdrukking van dopamienverwante seinmolekules verander (). Verdere vroeë postnatale oor voeding in muise, gedryf deur 'n klein rommelnommer dwarsdeur die laktasie, voorspel die nageslag tot volwasse vetsug deur die ontwikkeling van hipotalamus te verander (). Alhoewel dit duidelik is dat vroeë lewensvoeding die ontwikkeling van die brein en vetsug kan beïnvloed, is min bekend oor die relatiewe permanensie van hierdie veranderinge oor die leeftyd. Daarbenewens is vorige studies in manlike diere gedoen, maar vroue is selde in hierdie konteks bestudeer. Vir hierdie doelwitte is beide manlike en vroulike muise bestudeer vir veranderinge in genexpressie en dopamienmetabolisme nadat hulle vroeg in die lewe vetsugtig gemaak is deur chroniese verbruik van 'n HF-dieet vanaf geboorte deur 8-weke. Die dopamienstelsel is ook geëvalueer 4 weke na die verwydering van die HF dieet, om te ondersoek of die veranderinge voortduur of omgekeer.

Metodes en Prosedures

Diere en eksperimentele model

C57BL / 6J vroue is geteel met DBA / 2J mans (The Jackson Laboratory, Bar Harbor, ME). Alle damme is gevoed met die standaard beheer dieet (# 5755; 18.5% proteïen, 12% vet, 69.5% koolhidraat) tot die veroudering toe die helfte van die damme / rommelstowwe op die hoë vet dieet geplaas is (Test Dieet, Richmond, IN # 58G9; 18% proteïen, 60% vet, en 20.5% koolhidraat). Afstammelinge is gespeen op 3 weke oud en het gebly op die beheer dieet of die hoë vet dieet tot 12 weke oud. Liggaamsgewigte is weekliks aangeteken, en beide manlike (n = 5-10) en vroulike (n = 5-10) muise is gebruik. Die Institusionele Diereversorgings- en -gebruikskomitee (IACUC) van die Universiteit van Pennsylvania het alle prosedures goedgekeur.

Sukrose en Sackarine Voorkeur

In afsonderlike eksperimente is muise individueel gehuisves (n = 8-10 / groep) in standaardhokke vir 3-dae met een bottel 200 ml van die toetsoplossing (4% sucrose of 1% sakkarin oplossing (w / v)) en 'n ander bottel met 200 ml kraanwater. Huisskou was beskikbaar ad libitum. Sukrose (ml), water (ml) en voedselverbruik (g) is gemeet en die plasing van die bottels is daagliks omgekeer. Voorkeur is bereken deur die gemiddelde van die metings vanaf die laaste 2 dae soos volg te gebruik: voorkeur% = [(sukroseverbruik / sukrose + waterverbruik) × 100].

Genomiese DNA en Total RNA isolasie van die brein

Diere (n = 5 / groep) is geëuthaniseer met 'n oordosis koolstofdioksied, gevolg deur servikale ontwrigting; 'n metode wat aanbeveel word deur die Paneel oor Genadedood van die Amerikaanse Veterinêre Mediese Vereniging. Brein is dan vinnig verwyder en in RNAlater (Ambion, Austin, TX) vir 4-6 uur voor disseksie geplaas. Brein disseksies om die prefrontale korteks te isoleer, die nucleus accumbens en die ventrale tegmentale area is vooraf gevorm soos voorheen beskryf (,, ). Genomiese DNA en totale RNA is gelyktydig geïsoleer met behulp van AllPrep DNA / RNA Mini Kit (Qiagen).

Gene ekspressie analise deur kwantitatiewe Real-Time PCR

Vir elke individuele steekproef is 500ng van totale RNA gebruik in omgekeerde transkripsie met behulp van 'n hoë kapasiteit omgekeerde transkripsieset (ABI, Foster City, CA). Uitdrukking van teikengene is bepaal deur kwantitatiewe RT-PCR met behulp van geen spesifieke Taqman Probes met Taqman-genexpressie Master Mix (ABI) op die ABI7900HT Real-Time PCR Cycler. Gene probes word gelys in aanvullende materiaal. Relatiewe hoeveelheid van elke transkripsie is bepaal deur gebruik te maak van delta CT waardes soos voorheen beskryf in (). Veranderinge in geenuitdrukking is bereken teen 'n onveranderde GAPDH standaard.

Ex vivo Dopamien- en Dopamien Metaboliete

Hoëprestasie vloeistofchromatografie (HPLC) is gebruik om die inhoud van dopamien en sy metaboliete in die mesolimbiese beloningsareas van die brein (n = 8-12) te meet soos hierbo beskryf (,). Brein is van diere versamel en in regter en linker halfrond gesny. Die NAc en PFC is uitgedroog en vinnig gevries deur droë ys en gestoor by -80 ° C. Die weefsel is voorberei vir analise deur homogenisasie in 0.1 N perchloorsuur, gesentrifugeer by 15,000 rpm vir 15 min by 2-8 ° C en die supernatant gefiltreer. Monsters is geanaliseer deur 'n Bioanalytical Systems HPLC (Wes Lafayette, IN, VSA) met 'n LC-4C elektrochemiese detektor. Monsters (12 ul) is op 'n omgekeerde fase mikroboorkolom geïnspireer teen 'n vloeitempo van 0.6 ml / min en elektrodeteksie by + 0.6 V. Skeiding vir dopamien- en dopamienmetaboliete is bereik deur 'n mobiele fase bestaande uit 90-mM natriumasetaat, 35-mM-sitroensuur, 0.34-mM-etileendiamien-tetraasynsuur, 1.2-mM natriumoktoksielsulfaat en 15% methanol v / v teen 'n pH van 4.2. Piekhoogtes van monsters is gemeet en vergelyk met standaarde vir dopamien en sy metaboliet 3,4-dihydroxyfenylacetic acid (DOPAC).

Methylated DNA Immunoprecipitation (MeDIP) Assay

MeDIP-toets is voorafgemaak met MagMeDIP-kit (Diagenode, Denville, NJ). Methylated DNA was immunoprecipitated met behulp van 0.15ul van magnetiese krale bedek met anti-5methylcytidine antilichaam (Diagenode) of muis pre-immuun serum. Verryking in MeDIP breuk is bepaal deur kwantitatiewe RT-PCR met behulp van ChIP-qPCR Assay Master Mix (SuperArray) op die ABI7900HT Real-Time Cycler. Vir alle gene wat ondersoek is, is primers verkry van SuperArray (ChIP-qPCR Assays (-01) kb teël, SuperArray) vir die versterking van genomiese streke wat die CpG-terreine dek wat ongeveer 300-500 bp geleë is, stroomop van die transkripsie begin plekke. MeDIP resultate is uitgedruk as vouverryking van immunoprecipitated DNA vir elke werf. Om differensiële besettingsvouverandering (% verryking) te bereken, is die MeDIP DNA breuk CT waardes genormaliseer na Input DNA fraksie CT waardes.

Statistiek

Gene ekspressie analise is uitgevoer met behulp van Student T-toets vergelyking bejaardes ooreenstem kontrole HF en HF + herstel groepe. Die alfa-vlak is aangepas vir die meervoudige breingebiede wat ondervra is. Betekenis van 'n geen wat in een breinstreek gebruik word, was p = .05; vir twee streke, p = 0.025, vir 3 breinstreke p = .016. Suksrose voorkeur, sakkara voorkeur, HPLC en MEDIP, liggaamsgewigte en kortikosteroon assay geanaliseer met behulp van eenrigting ANOVA om beheer-, HF- en HF + -herhalingsgroepe te vergelyk. Post-hoc Bonferonni Meervoudige Vergelykingstoetse is gebruik om paar-wyse verskille tussen groepe te vergelyk. Betekenis vir hierdie toetse is op 'n alfa-vlak van p = .05 gestel.

Results

Muise het deurlopende toegang tot die beheer van dieet (beheer) of 60% hoë vet dieet (HFD) gehad tot 12 weke oud. Op 12-jarige ouderdom is die helfte van die HF-gevoed diere vir 4 weke op die huis geplaas (HF + herstel). By beide mans en vroue was HFD-diere (sirkels) swaarder as kontroles wat op 9 weke oud was (p <.05) en het gedurende die herstelperiode swaarder gebly as kontroles (Aanvullende figuur 1).

Suksrose- en sakkaraine-voorkeurtoetse is toegedien om diere se reaksie op natuurlike en nie-nuttelose belonende stimuli te assesseer. Suksrose voorkeur, maar nie sarkarien voorkeur is verander na HF dieet blootstelling en terug na normale vlakke na HFD herstel in mans en vroue. Eenrigting-ANOVA-onthulde sukrose-voorkeur was aansienlik afgeneem by mans (Fig. 1A) en neig na 'n afname in vroulike (Fig. 1B) na HFD-blootstelling (F (2,16) = 4.82, p <05; F (2,16) = 5.41, p <06 onderskeidelik). Na die verwydering van die HFD het hierdie gedrag genormaliseer en sukrose-voorkeur verskil nie meer van kontroles nie. Sakkarienvoorkeur is by geen van die mans verander nie (Fig. 1C) of vroue (Fig. 1D) as gevolg van HFD blootstelling.

Figuur 1 

Suksrose voorkeur, maar nie sarkarien voorkeur word verander na hoë vet dieet (HFD) blootstelling en keer terug na beheer vlakke na HFD herstel in mans en vroue.

Omdat dopamien 'n belangrike reguleerder van beloningsgedrag is, is dopamienverwante genexpressie ondersoek in die beloningskring van 'n afsonderlike kohort mans en vroue na 12 weke op die HFD, en in 'n addisionele groep na 4 weke herstel van die HFD. Tabel 1 som die ekspressiepatrone en statistiese analise in die VTA, PFC en NAc op. In die VTA is drie gene wat belangrik was vir die regulering van dopamienvlakke by sinaptiese terminale, gemeet: katecholamienmetyltransferase (COMT) betrokke by die inaktivering van katekolamien-neurotransmitters; dopamien vervoerder (DAT), membraan spanning pomp wat dopamien uit die sinaps, en tyrosien hidroksilase (TH), die tempo-beperkende ensiem vir dopamien sintese, skoonmaak. Vouveranderingswaardes vir elke groep is bepaal deur gebruik te maak van ouderdomme-ooreenstemmende beheermaatreëls (bv. Beide beheertydpunte is ingestel op 1 en vir duidelikheid word slegs die beheer vir HFD op die grafiek uitgebeeld). Studente se t-toets (n = 5 / groep) het in die manlike VTA geopenbaar dat COMT, DAT en TH mRNA aansienlik afgeneem is deur HFD-blootstelling (HFD-blootstelling)Fig 2A) en na 'n herstelperiode van die dieet (HF + herstel) na die beheervlakke teruggekeer of oorskry.

Figuur 2 

Chroniese hoë vet dieet (HFD) en herstel na HFD verander dopamien verwante gene uitdrukking in mans en vroue
Tabel 1 

Gene Expression Opsomming en Statistiek in Mans

In die PFC en NAC is gene wat belangrik is vir dopamien sein en dopamien omset ondersoek (n = 5 / groep): COMT; proteïenfosfatase 1 regulatoriese subeenheid 1B (DARPP-32), 'n downstream sein proteïen gereguleer deur reseptor stimulasie; dopamienreseptor D1 (DRD1), 'n postsynaptiese G-proteïengekoppelde reseptor wat adenylyl-siklas bevorder; en dopamienreseptor D2 (DRD2), 'n postsynaptiese G-proteïengekoppelde reseptor wat adenylyl-siklas inhibeer. In die manlike PFC (Fig. 2B), Is DARPP-32 verhoog, terwyl DRD1 en DRD2 afgeneem het na HFD-blootstelling. Hierdie veranderinge het voortgeduur na die verwydering van die HFD (hoewel die toename in DARPP-32 mRNA nie statisties betroubaar was nie). In die manlike NAC (Fig. 2C), COMT, DRD1 en DRD2 is verminder deur HFD-blootstelling en het onder beheervlakke gebly nadat die HFD verwyder is. DARPP-32 vlakke is verhoog deur HFD, maar het aansienlik afgeneem van kontrole na 4 weke van die HFD.

Dieselfde breinstreke en gene is ondersoek in vroulike muise (n = 5 / groep). Soos aangedui in Tabel 2, was daar beduidende verskille waargeneem in die patroon van geenuitdrukking in reaksie op die HFD, sowel as die herstel van die dieet. Soortgelyk aan mans, in die VTA, was mRNA-vlakke van COMT en TH aansienlik verminder na HFD-blootstelling (HFD-blootstellingFig 2D). In teenstelling met die mannetjies het hierdie veranderinge egter voortgeduur na die verwydering van die HFD. Verder, in direkte teenstelling met die patroon wat by mans gesien is, het die HFD-blootstelling DAT mRNA-uitdrukking in die VTA by vroue verhoog, en na die verwydering van die HFD-vlakke was selfs laer as die ouderdom-ooreenstemmende kontrole. In die PFC is slegs DARPP-32 beïnvloed deur chroniese HFD, met 'n beduidende toename in mRNA vlakke na 12 week HFD, en 'n terugkeer na beheervlakke na verwydering van die HFD. Beide COMT en D1R mRNA is aansienlik afgeneem na 4 weke van die HFD. In die vroulike NAC, COMT, DRD1, en DRD2 was almal afgeneem na HFD blootstelling (Fig. 2F). DRD1 en DRD2 herstel om vlakke na dieetverwydering te beheer, terwyl COMT-vlakke gebly het, aansienlik verminder na 4wk herstel.

Tabel 2 

Gene Expression Opsomming en Statistiek in Wyfies

Gegewe die konstante afname in gene-uitdrukking vir dopamienregulerende gene in die VTA, is dopamien- en dopamienmetaboliete gekwantifiseer in streke wat projeksies van die VTA, die PFC en NAC ontvang. Figuur 3 toon dopamien (DA) en die dopamienmetaboliet (DOPAC) van die PFC en NAC by mans (Fig. 3A, 3C) en vroue (Fig. 3B, 3D). By mans het die blootstelling aan die HFD 'n afname in dopamienvlakke in PFC (Fig. 3A) en NAC (Fig 3C) (F (2,13) ​​= 3.95; F (2,18) = 3.536, p <05), wat herstel is slegs na HFD-verwydering in die NAC. Dopamien-omset (DOPAC: DA-verhouding) het toegeneem in manlike PFC (F (2,12) = 3.85, p <05) en NAC (F (2,17) = 4.69, p <05). Daarenteen was die effek van HFD op DA en DOPAC by vroue kwalitatief anders as by mans. In die PFC het HFD geen invloed op DA- of DOPAC-vlakke gehad nie. In die NAc is die DA-vlakke verlaag in diere wat met HFD gevoer word, en dit het steeds afgeneem selfs nadat die HFD verwyder is (Fig. 3D, F (2,23) = 4.79, p <.05). DOPAC-vlakke was onveranderd in die NAc van vroue, wat gelei het tot 'n toename in DA-omset (DOPAC: DA-verhouding) (F (2,23) = 7.00, p <01).

Figuur 3 

Afname in dopamienvlakke in PFC en NAC na HFD vanaf geboorte en gemengde herstel na HFD-verwydering

Aangesien DAT transkripsie gereguleer kan word deur differensiële DNA-metilering en die waarneming van 'n noemenswaardige geslagsverskil in die uitdrukking van DAT in die VTA, is DNA-metilering in die promotorstreek van DAT ondersoek. in Figuur 4A, 4C DAT-gene-uitdrukking in die VTA word weer vir duidelikheid aangebied (geneem uit Fig 2A en 2D). DAT-promotormetilering is aansienlik toegeneem by mans (Fig. 4B) na HFD en teruggekeer na beheervlakke in HFD + herstel mans (F (2,11) = 23.64, p <01). By vroulike neigings het die DAT-promotormetilering neig tot afname in HFD-diere (D) en is dit aansienlik verminder in HFD + -herstelwyfies (Fig 5D, F (2,12) = 5.70, p <05).

Figuur 4 

Veranderinge in DNA-metileringstatus van DAT-promotor parallelle veranderinge in geen-uitdrukking in die VTA

Om te bepaal of die verwydering van die HFD in die herstelperiode 'n stressor was, is die basislyn plasmakortikosteroonvlakke (ug / dl) in beheer geneem, HFD blootgestel (12 weke), HFD + 1wk herstel en HFD + 4wk herstelgroepe (n = 5 / groep, Aanvullende Fig. 2). Eenrigting-ANOVA het geen beduidende verskille tussen groepe in manlike diere bekend gemaak nie (F (3,16) = 3.21, ns).

Bespreking

Chroniese verbruik van 'n hoë vet dieet (HFD) wat in die vroeë lewe begin het, is gebruik om dieetgeïnduceerde vetsug in muise te vestig. Muise vertoon verminderde sukrose voorkeur en bewyse van verminderde dopaminerge toon in beloning streke van die brein. Na 4 weke van die HFD, het die sukrose-voorkeur in beide mans en vroue genormaliseer, maar sommige dopamien-gene-uitdrukkingsveranderinge het volgehou. Hierdie eksperimente verskaf belangrike nuwe data wat die effek van chroniese HFD op die breinbeloningsisteem beskryf, wat die kapasiteit vir herstel en sleutel geslagsverskille tussen manlike en vroulike muise beklemtoon.

In die HFD gevoed diere, is 'n verminderde sukrose voorkeur waargeneem, wat na 'n herstelperiode omgekeer. Hierdie bevindings brei ons vorige verslag uit van HFD-inname wat 'n verminderde sukrose-voorkeur verlaag () deur aan te toon dat dit kan gebeur met 'n korter duur van HFD blootstelling (12 weke teenoor 22 weke), en belangriker dat die respons herstel in die afwesigheid van HFD. Vroulike muise het dieselfde responspatrone getoon as mans. Hierdie bevindings is in ooreenstemming met ander in die literatuur wat getoon het deur die insluiting van 'n paar gevoed groep wat chroniese HFD, en nie vetsug per se nie, die respons vir sukrose in 'n operante taak verminder (). Net soos in die huidige studie, het die sukrose-voorkeur na 4 weke van die HFD herstel, terwyl liggaamsgewig aansienlik verhef gebly het. Die gevolgtrekking was dat die verminderde sukrose-voorkeur deur die HFD-blootstelling gedryf is en nie die gepaardgaande liggaamsgewigstoename nie. Dit was veral interessant dat daar geen verandering in sakkara voorkeur was nie. Dit kan aandui dat chroniese HFD die respons op kalorie- en nie-kalorie-soetbelonings differensieel beïnvloed. Post-ingestelde effekte het getoon dat die voorkeur onafhanklik van smaaklikheid beïnvloed, aangesien sukrose inname aangetoon is om dopamien vrystelling in "soetblinde" smaakreseptor-knockout-muise te veroorsaak (), voedingswaarde word benodig vir beloning en versterking () en smaak onafhanklike metaboliese sensing paaie is gedefinieer in drosophila (). Sakkarien is aansienlik soeter as sukrose, dus is 'n poging aangewend om ewewigigheid in soetheid te bepaal (tipies 4-10x hoër konsentrasie sukrose ()), maar die algehele voorkoms vir sakkarin was laer as dié vir sukrose in hierdie diere. Daarom kan 'n alternatiewe verduideliking wees dat HFD die sukrose-voorkeur beïnvloed omdat dit relatief meer lonend was as sakkarine (hoë teen lae-waarde-beloning), hoewel diere steeds sterk voorkeur geniet vir sakkarine (~ 75-80% prefensie vir sakkarine in vergelyking tot ~ 85-90% voorkeur vir sukrose).

Algehele, dopaminerge geen-uitdrukking binne die VTA, NAc en PFC is afgeneem in manlike muise na chroniese HFD. Hierdie bevindings is in ooreenstemming met ander studies wat waargeneem afname in dopamienverwante gene in reaksie op HFD (,,). Afname in dopamien D2 reseptor uitdrukking en funksie is waargeneem in menslike beeldstudies (, ) en knaagdier vetsug modelle (, ). Verminderde dopamien sein verminder die sensitiwiteit vir natuurlike belonings en kan dus voortgesette oorbenutting van smaaklike voedsel en verdere gewigstoename vergemaklik (,). Verder, ontwrig dopamien homeostase gedryf deur verminderde DAT oppervlak uitdrukking is bekend om verhoogde inname van hoë vet dieet te ry (). 'N uitsondering op hierdie patroon is gesien met DARPP-32, 'n dopamien- en sikliese AMP-gereguleerde fosfoproteïen, wat na HFD in NAc en PFC toegeneem het. DARPP-32 speel 'n sleutelrol in die integrasie van 'n verskeidenheid biochemiese en gedragsresponse wat deur dopamien beheer word. Dit kan wees dat DARPP-32-opregulasie vergoedend was in reaksie op die chroniese down regulasie van D1R. In 'n soortgelyke model (12 wk HFD in muise), is getoon dat D1R-af regulasie ooreenstem met 'n toename in fosforilering van DARPP-32 in NAc ().

Min studies het die kapasiteit vir herstel van hierdie veranderinge ondersoek na die verwydering van die HFD. In twee onlangse verslae het egter geen uitdrukkings verander nie en beloningstelselfoute het voortgeduur na 'n kort onttrekkingstydperk (14-18d) (, ). In teenstelling hiermee, het studies in vetsugtige pasiënte voor en na die maag bypass-operasie 'n omkeer van dopaminerge veranderinge na 'n langer tydperk van gewigsverlies getoon (). By mans het die patroon van herstel deur breinstreke gewissel. In die VTA is die waargenome afname in COMT, DAT en TH al genormaliseer met die verwydering van die HFD. In teenstelling hiermee het alle nieruitdrukkingsveranderings waargeneem in die NAc en PFC nie normaalweg nie. In die huidige studie het chroniese HFD gelei tot aansienlike gewigstoename en na 4 weke van die dieet was diere steeds beduidend swaarder as kontrole. Daarom is die daaropvolgende metaboliese en hormonale veranderinge wat vetsug vergesel (bv. Verhoogde leptien, verhoogde adipokiene) waarskynlik nog teenwoordig by 4 weke van die dieet. Daarom het die genexpressieveranderinge wat genormaliseer is (bv. In die VTA) moontlik hoofsaaklik deur die HFD gedryf, terwyl diegene wat in stand gehou is (in NAc en PFC) meer styf gekoppel kan word aan vetsug. Onderhoud van gewigsverlies deur dieet is kenmerkend laag (met 67% () na 80% () van pasiënte wat die gewig verloor). Hierdie volharding van geen-uitdrukkingsveranderinge in beloningsgebiede kan belangrik wees om die algemene voorkoms gedeeltelik te verduidelik. Dit is ook belangrik om daarop te let dat die waargeneemde gedrags- en geenuitdrukkingsveranderinge waarskynlik nie te danke is aan stres wat verband hou met die verandering van dieet nie, aangesien daar geen beduidende veranderinge in basale plasmakortikosteroonvlakke op die HFD of na 1wk of 4wk herstel was nie.

Interessante geslagsverskille is aan die lig gebring, beide in die reaksie op chroniese HFD, sowel as in reaksie op dieetverwydering. Vroue was soortgelyk aan mans wat 'n algehele afname in dopamienverwante gene toon wat 'n afname in DA-aktiwiteit voorspel, veral in die VTA en die NAc. Een noemenswaardige geslagsverskil was die toename in DAT mRNA uitdrukking in die vroulike VTA na HFD. Hierdie verskil in geenuitdrukking, tesame met soortgelyke afname in TH-geen-ekspression in beide geslagte, sal aansienlike verskille in dopamien-neurotransmissie binne die NAc voorstel, beide aan die einde van die HFD-blootstelling sowel as na die herstelperiode. 'N groter waardering vir die funksionele betekenis van hierdie verskille is 'n belangrike fokus van toekomstige navorsing.

Daarbenewens, terwyl COMT en TH verminder in die manlike VTA herstel, het hierdie afname in die vroulike vroue na 4-week van die HFD voortgeduur. Daar moet nog vasgestel word of hierdie verskille met 'n langer tyd van die dieet sal keer, maar dit ondersteun die gevolgtrekking dat vroulike diere ten minste stadiger herstel, as hulle glad nie herstel nie. Verder, geen uitdrukkings veranderinge van D1R en D2R in NAc en PFC was heeltemal anders tussen mans en vroue. By mans was daar 'n algemene afname in gene-uitdrukking in albei streke wat grotendeels volgehou het na dieetverwydering. By vroue is D1R en D2R afgeneem in die NAc en dan herstel, maar daar was geen effek van HFD op dopamienreseptore in PFC nie. In die huidige studies is vroulike diere geoffer sonder om vir estrusstadium te reken. Terwyl sommige van die waargenome eindpunte bekend is om oor die estrus siklus te wissel, het vroulike diere in hierdie studie nie verhoogde variansie oor die eindpunte getoon nie, veral in vergelyking met die effek van die dieet manipulasies.

Ter aanvulling van die geenuitdrukking bevindinge, is dopamien gemeet in die primêre projeksie streke van die VTA, naamlik die PFC en die NAc. Dopamienvlakke het geneig tot parallelle veranderinge wat in TH mRNA in die VTA gesien is. In die NAK van beide mans en vroue het vlakke van DA afgeneem in reaksie op die HFD dieet; 'n reaksie wat by mans herstel het, maar nie vroulik nie. In die PFC is dopamienvlakke ook met HFD verminder, maar daar was geen herstel van die dieet in die PFC nie. Daarbenewens het wyfies laer vlakke van dopamien in die prefrontale korteks as mans gehad. Seksverskille in DAT-uitdrukking en -funksie is algemeen bekend in die literatuur, met vroue wat verhoogde DAT-uitdrukking toon () en funksie (), en hierdie verskille kan bydra tot die verskillende basislynvlakke van dopamien tussen mans en vroue. Eksaminering van die DOPAC: DA-verhouding is ook insiggewend. 'N Verhoging in hierdie verhouding kan 'n kompenserende reaksie weerspieël deur dalings in DA weerspieël. Die langtermyn funksionele betekenis van hierdie veranderinge in dopamienmetabolisme sal verlig word deur die veranderinge in dopamien vrylating te meet. in vivo microdialysis.

Daarbenewens identifiseer hierdie data dinamiese regulering van DNA-metilering binne die promotor van die DAT-geen, veral by mans. Onlangs het ons getoon dat DAT-uitdrukking dinamies gereguleer kan word deur differensiële DNA-metilering in reaksie op HFD (), en dat die verhoogde DAT-promotor-metilering korreleer met 'n afname in geenuitdrukking. Hier identifiseer ons die plastisiteit van hierdie reaksie, aangesien die verhoogde DNA-metilering (en verminderde uitdrukking van die mRNA) wat by mans gesien word, omkeer na die verwydering van die HFD. Epigenetiese geen-regulering, byvoorbeeld deur veranderinge in DNA-metilering, bied 'n pad waarvolgens organismes maklik kan aanpas by omgewingsuitdagings. Epigenetiese punte kan oor die leeftyd gehandhaaf word (), en in gekweekte embrio-stamselle, is beide omkeerbare en aanhoudende patrone van differensiële DNA-metilering waargeneem in reaksie op veranderende omgewingstoestande (). Hierdie data is die eerste om te demonstreer in vivo 'n dinamiese metielpatroon wat verander met die teenwoordigheid of afwesigheid van 'n omgewingsuitdaging. Dit was opmerklik dat hierdie selfde patroon nie by vroue gesien is nie. Terwyl die aanvanklike reaksie op die HFD soos voorspel was (verminderde DNA-metileringryke verhoogde gene-uitdrukking), is hierdie patroon nie regdeur die herstelperiode gehandhaaf nie. Dit dui daarop dat DNA-metilering en geenuitdrukking gedurende die vier weke buite die HFD ontkoppel kan word of dit kan daarop dui dat DAT mRNA op ander maniere by vroue gereguleer word.

By mans, sukrose-voorkeur, DA-verwante gene-uitdrukking in die VTA en dopamien in die NAc volg 'n konsekwente patroon van onderdrukking in reaksie op die chroniese HFD wat herstel ná die verwydering van die dieet. Interessant genoeg, terwyl die gedragsreaksies op sukrose soortgelyk is in die wyfies, toon beide die genexpressiepatroon en NAc dopamienvlakke 'n gebrek aan herstel by die verwydering van die HFD. Beloningsverwante gedrag word duidelik beïnvloed deur addisionele neurotransmitterstelsels soos die opioïede, en miskien by vroue is die gedragsreaksie op sukrose sterker geassosieer met veranderinge in opioïede. Oor die algemeen dui die huidige data daarop dat geslagsverskille in beide die aanvanklike reaksie op HFD, sowel as herstel na verwydering van die HFD, ten opsigte van dopamienverwante genexpressie 'n belangrike rigting is vir toekomstige navorsing gerig op hoe chroniese verbruik van 'n HFD impak op die breinbeloningstelsel. Hierdie data identifiseer veral betekenisvolle plastisiteit in die dopaminerge reaksie op HFD, wat daarop dui dat terwyl die nadelige gevolge van chroniese HFD-verbruik en / of vetsug betekenisvol is, die potensiaal vir herstel voorkom.

Wat is reeds bekend oor hierdie onderwerp

  • Dopamien reseptor uitdrukking en funksie word verminder in vetsugtige pasiënte
  • Chroniese blootstelling aan hoë vet dieet veroorsaak veranderinge in dopamienverwante gene en beloning
  • Dopamien-neurotransmissie word verander in vetsugtige knaagdiere.

Wat hierdie manuskrip voeg by vak

  • Identifikasie van geslagsverskille in die CNS reaksie op hoë vet dieet.
  • Evaluering van die plastisiteit van dopaminerge veranderinge by die verwydering van die hoë vet dieet.
  • Identifikasie van dinamiese DNA-metilering verander as gevolg van hoë vet dieet

Aanvullende materiaal

Erkennings

Hierdie werk is ondersteun deur die volgende toekennings: MH087978 (TMR), MH86599 (IL), en T32 GM008076 (JLC).

voetnote

 

Belange van belangstelling

Die skrywers het geen konflikte om te openbaar nie.

 

Verwysings

1. Swinburn B, Sacks G, Ravussin E. Verhoogde voedsel-energievoorsiening is meer as voldoende om die VSA-epidemie van vetsug te verduidelik. Is J Clin Nutr. 2009; 90: 1453-1456. [PubMed]
2. Fibiger HC, Phillips AG. Mesokortikolimbiese dopamienstelsels en beloning. Ann NY Acad Sci. 1988; 537: 206-215. [PubMed]
3. Hernandez Luis, Hoebel Bartley G. Voedselbeloning en Kokaïen Verhoog Ekstracellulêre Dopamien in die Nucleus Accumbens soos gemeet deur Microdialysis. Lewenswetenskappe. 1988; 42 (18): 1705-1712. [PubMed]
4. Sahr Allison E, Sindelar Dana K, Alexander-Chacko Jesline T, Eastwood Brian J, Mitch Charles H, Statnick Michael A. Aktivering van mesolimbiese dopamienneurone tydens roman en daaglikse beperkte toegang tot smaaklike voedsel word geblokkeer deur die opioïede antagonis LY255582. American Journal of Physiology - Regulerende, integrerende en vergelykende fisiologie. 2008 1 Augustus; 295 (2): R463 – R471. [PubMed]
5. Spoor E, Spoor S, Bohon C, Klein DM. Die verhouding tussen vetsug en stompe streeksreaksie op voedsel word gemodereer deur TaqIA A1-allel. Wetenskap. 2008; 322: 449-452. [PMC gratis artikel] [PubMed]
6. Edele EP, Blum K, Ritchie T, Montgomery A, Sheridan PJ. Alleliese assosiasie van die D2 dopamienreseptore met reseptorbindende eienskappe in alkoholisme. Arch Gen Psychiatr. 1991; 48: 648-654. [PubMed]
7. Chen PS, Yang YK, Yeh TL, Lee IH, Yao WJ, Chiu NT, et al. Korrelasie tussen liggaamsmassa-indeks en beskikbaarheid van striatale dopamien-vervoerder in gesonde vrywilligers - 'n SPECT-studie. Neuro Image. 2008; 40 (1): 275-279. [PubMed]
8. Benodig AC, Ahmadi KR, Spector TD, Goldstein DB. Vetsug word geassosieer met genetiese variante wat dopamien beskikbaarheid verander. Annale van Menslike Genetika. 2006 Mei; 70 (Pt 3): 293-303. [PubMed]
9. Geiger BM, Frank LE, Caldera-siu AD, Stiles L, Pothos EN. Tekort aan sentrale dopamien in veelvuldige vetsugmodelle. Aptyt. 2007; 49 (1): 293.
10. Geiger BM, Haburcak M, Avena NM, Moyer MC, Hoebel BG, Pothos EN. Tekorte van mesolimbiese dopamien neurotransmissie in dieet dieet vetsug. Neuroscience. 2009 Apr 10; 159 (4): 1193-119. [PMC gratis artikel] [PubMed]
11. Cone JJ, Robbins HA, Roitman JD, Roitman MF. Verbruik van 'n hoë vet dieet beïnvloed fasiese dopamien vrylating en heropname in die kern accumbens. Aptyt. 2010 Jun; 54 (3): 640.
12. Vucetic Zivjena, Carlin Jesselea, Totoki Kathy, Reyes Teresa M. Epigenetiese Dysregulering van die Dopamienstelsel in dieet-geïnduseerde vetsug. Blaar van Neurochemistry. 2012 Jan 5; [PMC gratis artikel] [PubMed]
13. Alsiö J, Olszewski PK, Norbäck AH, Gunnarsson ZEA, Levine AS, Pickering C, Schiöth HB. Dopamien D1 Reseptor Gene Expressie Afname in die Nucleus Accumbens by langtermyn blootstelling aan lekker kos en afwykings afhangende van dieet-geïnduseerde vetsugfenotipe in rotte. Neuroscience. 2010 Dec 15; 171 (3): 779-787. [PubMed]
14. Johnson Paul M, Kenny Paul J. Dopamien D2-reseptore in verslawing-agtige beloning disfunksie en kompulsiewe eet in obese rotte. Natuur Neurowetenskap. 2010 Mei; 13 (5): 635-641. [PMC gratis artikel] [PubMed]
15. Huang Xu-Feng, Yu Yinghua, Zavitsanou Katerina, Han Mei, Storlien Len. Differensiële uitdrukking van dopamien D2- en D4-reseptore en tyrosienhidroksilase-mRNA by muise wat geneig is tot of weerstandbiedend is vir chroniese hoë vet-dieet-geïnduseerde vetsug. Molekulêre Breinnavorsing. 2005 Apr 27; 135 (1-2): 150-161. [PubMed]
16. Teegarden SL, Scott AN, Bale TL. Vroeë lewensblootstelling aan 'n hoë vet dieet bevorder langtermynveranderings in dieetvoorkeure en sentrale beloningsteken. Neuroscience. 2009 Sep 15; 162 (4): 924-932. [PMC gratis artikel] [PubMed]
17. Bouret SG. Rol van vroeë hormoon- en voedingservaringe in die vorming van voedingsgedrag en hipotalamiese ontwikkeling. Die Tydskrif van Voeding. 2010 Jan 1; [PubMed]
18. Vucetic Z, Kimmel J, Totoki K, Hollenbeck E, Reyes TM. Materiële Hoë-vet Dieet Verander Metilering en Gene Expressie van Dopamien- en Opioïedverwante Genes. Endokrinologie. 2010 Okt; 151 (10): 0000-0000. [PMC gratis artikel] [PubMed]
19. Reyes Teresa M, Walker John R, DeCino Casey, Hogenesch John B, Sawchenko Paul E. Kategories Gekwalifiseerde Akute Stressors Bring Verskillende Transkripsie Profiele In Die Paraventrikulêre Nukleus Van Die Hipotalamus. Die Tydskrif vir Neurowetenschappen: Die Amptelike Tydskrif van die Vereniging vir Neurowetenschappen. 2003 Jul 2; 23 (13): 5607-5616. [PubMed]
20. Cleck Jessica N, Ecke Laurel E, Blendy Julie A. Endokriene en Gene Expressie Changes Volg Gedwonge Swem Spanning Blootstelling tydens Kokaïen onthouding in muise. Psigofarmakologie. 2008 Nov; 201 (1): 15-28. [PMC gratis artikel] [PubMed]
21. Pfaffl MW. 'N Nuwe wiskundige model vir relatiewe kwantifisering in real-time rt-pcr. Nukleïensure Res. 2001; 20: e45. [PMC gratis artikel] [PubMed]
22. Mayorga AJ, Dalvi A, Page ME, Zimov-Levinson S, Hen R, Lucki I. Antidepressante-agtige gedragseffekte in 5-hidroksryptamien (1A) en 5-hidroksitryptamien (1B) reseptor mutante muise. J Pharmacol Exp Ther. 2001; 298: 1101-110. [PubMed]
23. Vucetic Z, Kimmel J, Reyes TM. Chroniese Hoë-vet Dieet dryf Postnatale Epigenetiese Regulasie van μ-Opioïede Reseptor in die Brein. Neuropsychopharmacology. 2011 doi: 10.1038 / npp.2011.4. vooraf aanlyn publikasie 16 Februarie 2011. [PMC gratis artikel] [PubMed] [Kruisverwysing]
24. Davis JF, Tracy AL, Schurdak JD, Tschöp MH, Lipton JW, Clegg DJ, et al. Blootstelling aan verhoogde vlakke van dieetvet verswak psigostimulerende beloning en mesolimbiese dopamienomset in die rot. Behav Neurosci. 2008; 122 (6) [PMC gratis artikel] [PubMed]
25. Die Araujo Ivan E, Oliveira-Maia Albino J, Sotnikova Tatyana D, Gainetdinov Raul R, Caron Marc G, Nicolelis Miguel AL, Simon Sidney A. Voedselbeloning in die afwesigheid van smaakreseptor sein. Neuron. 2008 Mar 27; 57 (6): 930-941. [PubMed]
26. Beeler Jeff A, McCutcheon James E, Cao Zhen FH, Murakami Mari, Alexander Erin, Roitman Mitchell F, Zhuang Xiaoxi. Smaak Uitgeknoop Van Voeding versuim om die versterkende eienskappe van voedsel te volhou. Die Europese Tydskrif vir Neurowetenskap. 2012 Aug; 36 (4): 2533-2546. [PMC gratis artikel] [PubMed]
27. Dus Monica, Min SooHong, Keene Alex C, Lee Ga Young, Suh Greg SB. Smaak-onafhanklike Deteksie van die Caloriese Inhoud van Suiker in Drosophila. Verrigtinge van die Nasionale Akademie van Wetenskappe van die Verenigde State van Amerika. 2011 Jul 12; 108: 11644-11649. [PMC gratis artikel] [PubMed]
28. Wang Gene-Jack, Volkow Nora D, Logan Jean, Pappas Naoml R, Wong Christopher T, Zhu Wel, Netusll Noelwah, Fowler Joanna S. Brain dopamien en vetsug. Die Lancet. 2001; 357 (9253): 354-357. [PubMed]
29. Huang XF, Zavitsanou K, Huang X, Yu Y, Wang H, Chen F, et al. Dopamien transporter en D2 reseptor bindend digthede in muise geneig of bestand teen chroniese hoë vet dieet-geïnduseerde vetsug. Behav Brain Res. 2006; 175 (2): 415-419. [PubMed]
30. Fortuna Jeffrey L. Die vetsug-epidemie en voedselverslawing: kliniese ooreenkomste met dwelmafhanklikheid. Tydskrif van psigoaktiewe middels. 2012 Mar; 44 (1): 56-63. [PubMed]
31. Koob George F, Moal Michel Le. Addiction en die Brain Antireward System. Jaarlikse oorsig van sielkunde. 2008; 59: 29-53. [PubMed]
32. Spoed Nicole, Saunders Christine, Davis Adeola R, Anthony Owens W, Matthies Heinrich JG, Saadat Sanaz, Kennedy Jack P et al. Verergerde Striatal Akt Signal Disrupt Dopamine Homeostase en verhoog toevoer. PLAAS EEN. 2011 Sep 28; 6 (9) doi: 10.1371 / journal.pone.0025169. [PMC gratis artikel] [PubMed] [Kruisverwysing]
33. Sharma S, Fulton S. Dieet-geïnduseerde vetsug bevorder depressiewe-like gedrag wat geassosieer word met neurale aanpassings in breinbeloningskringkunde. Internasionale Tydskrif van Vetsug 2005. 2012 Apr 17; [PubMed]
34. Steele Kimberley E, Prokopowicz Gregory P, Schweitzer Michael A, Magunsuon Thomas H, Lidor Anne O, Kuwabawa Hiroto, Kumar Anil, Brasic James, Wong Dean F. Veranderinge van sentrale dopamienreseptore voor en na gastriese bypassoperasie. Vetsug Chirurgie. 2009 Okt 29; 20 (3): 369-374. [PubMed]
35. Phelan Suzanne, Wing Rena R, Loria Catherine M, Kim Yongin, Lewis Cora E. Voorkoms en Voorspellers van Gewigsverlies Onderhoud in 'n Biracial Cohort: Resultate van die Koronêre Arterie Risikobestuur in Jong Volwasse Studie. Amerikaanse Tydskrif van Voorkomende Geneeskunde. 2010 Dec; 39 (6): 546-554. [PMC gratis artikel] [PubMed]
36. Veld AE, Wing RR, Manson JE, Spiegelman DL, Willett WC. Verhouding van 'n groot gewigsverlies aan langtermyngewigverandering onder jong en middeljarige Amerikaanse vroue. Internasionale Tydskrif oor Vetsug en Verwante Metaboliese Siektes: Tydskrif van die Internasionale Vereniging vir die Bestudeer van Vetsug. 2001 Aug; 25 (8): 1113-1121. [PubMed]
37. Morissette M, Di Paolo T. Geslags- en estrousiklusvariasies van Rat Striatal Dopamine Opname Sites. Neuro-endokrinologie. 1993 Jul; 58 (1): 16-22. [PubMed]
38. Bhatt Sandeep D, Dluzen Dean E. Dopamine Transporter Funksies verskille tussen manlike en vroulike CD-1-muise. Breinnavorsing. 2005 Feb 28; 1035 (2): 188-195. doi: 10.1016 / j.brainres.2004.12.013. [PubMed] [Kruisverwysing]
39. Ollikainen Miina, Smith Katherine R, Joo Eric Ji-Hoon, Hong Kiat Ng, Andronikos Roberta, Novakovic Boris, et al. DNA Methylation Analise van Veelvuldige Weefsels Van Pasgebore Tweeling Reveals Beide Genetiese En Intrauteriene Komponente Variasie In Die Menslike Neonatale Epigenoom. Menslike molekulêre genetika. 2010 Nov 1; 19 (21): 4176-4188. [PubMed]
40. Tompkins Joshua D, Hall Christine, Chen Vincent Chang-yi, Li Arthur Xuejun, Wu Xiwei, Hsu David, et al. Epigenetiese Stabiliteit, Aanpasbaarheid, en Omkeerbaarheid in Menslike Embrioniese Stamselle. Verrigtinge van die Nasionale Akademie van Wetenskappe van die Verenigde State van Amerika. 2012 Jul 31; 109 (31): 12544-12549. [PMC gratis artikel] [PubMed]