Reversión de la disfunción del sistema de dopamina en respuesta a la dieta alta en grasas (2013)

. Manuscrito del autor; Disponible en PMC 2014 Jun 1.

Publicado en forma final editada como:

PMCID: PMC3700634

NIHMSID: NIHMS435903

Resumen

Objetivo

Para probar si la dieta alta en grasas (DFH) disminuye el tono dopaminérgico en las regiones de recompensa del cerebro y evaluar si estos cambios se revierten después de la eliminación de la DFH.

Diseño y Métodos

Ratones machos y hembras fueron alimentados con un 60% HFD durante semanas 12. Un grupo adicional fue evaluado 4 semanas después de la eliminación del HFD. Estos grupos se compararon con controles alimentados, controles emparejados por edad. La preferencia de sacarosa y sacarina se midió junto con la expresión de ARNm de genes relacionados con dopamina mediante RT-qPCR. La dopamina y el DOPAC se midieron utilizando cromatografía líquida de alto rendimiento. La metilación del ADN del promotor DAT se midió mediante inmunoprecipitación de ADN metilado y RT-qPCR.

Resultados

Después de la HFD crónica, la preferencia de sacarosa se redujo y luego se normalizó después de la eliminación de la HFD. Se observó disminución de la expresión de los genes de la dopamina, disminución del contenido de dopamina y alteraciones en la metilación del promotor DAT. Es importante destacar que la respuesta a la DFH y la persistencia de los cambios dependían del sexo y la región del cerebro.

Conclusiones

Estos datos identifican la disminución del tono de la dopamina después de un DFH crónico temprano en la vida con un patrón complejo de reversión y persistencia que varía según el sexo y la región del cerebro. Los cambios en el SNC que no se revirtieron después de la retirada de la HFD pueden contribuir a la dificultad de mantener la pérdida de peso después de la intervención de la dieta.

Palabras clave: Dopamina, dieta alta en grasas, DAT, diferencias sexuales, obesidad, abstinencia, metilación del ADN

Introducción

El consumo excesivo de alimentos palatables densamente disponibles y ampliamente disponibles se considera un factor importante que contribuye a las altas tasas de obesidad en los EE. UU. (). Debido a que los alimentos sabrosos a menudo se consumen después de haber cumplido los requisitos de energía, las propiedades gratificantes de los alimentos sabrosos pueden anular las señales de saciedad homeostática. Muchos neurotransmisores juegan un papel en el comportamiento de la alimentación (por ejemplo, opioides, dopamina, GABA, serotonina), así como en la integración de señales de nutrientes periféricos (por ejemplo, leptina, insulina, grelina). La señalización de la dopamina es un mediador clave tanto en la recompensa alimentaria como en el comportamiento de búsqueda de recompensa, ya que la dopamina en la región mesolímbica / mesocortical se asocia con las propiedades gratificantes de la comida, el sexo y las drogas de adicción (). En forma aguda, los alimentos sabrosos causan una explosión de dopamina en el sistema de recompensa central (,). Con el consumo crónico de alimentos gratificantes, el aumento de la liberación de dopamina a lo largo del tiempo puede conducir a adaptaciones que están asociadas con la función de la hipofunción.

Varias líneas de evidencia apoyan la hipótesis de la función alterada de la dopamina en la obesidad. Los estudios de imágenes en humanos revelaron una activación embotada en las regiones de recompensa de los pacientes obesos mientras bebían una solución altamente sabrosa (batido) (). La respuesta de recompensa atenuada se asoció con una menor disponibilidad de D2 en el receptor de dopamina cerebral. De hecho, las mutaciones en el receptor D2 de dopamina humana se han relacionado con la obesidad y la adicción (). El contenido de dopamina en la sinapsis se controla en gran medida por la absorción del transportador de dopamina (DAT). Los niveles de transportador de dopamina se correlacionan negativamente con el índice de masa corporal y las variantes genéticas de DAT también se asocian con la obesidad (,). Los modelos animales de obesidad han demostrado una disminución de la dopamina extracelular basal y una reducción de la neurotransmisión de dopamina en el núcleo accumbens y el área tegmental ventral (,,). La disminución en los genes relacionados con la dopamina después de una dieta crónica alta en grasa (HF) sugiere una señalización disminuida en las regiones de recompensa (, ,,). Esta disminución en la actividad de la dopamina después de una dieta crónica alta en grasas puede reducir la sensibilidad a las recompensas naturales y facilitar el consumo excesivo continuo y un mayor aumento de peso.

La vida temprana es un período crítico en el desarrollo del cerebro, y el entorno nutricional temprano puede influir en las vías cerebrales que controlan la ingesta de alimentos y el metabolismo energético. La exposición temprana de ratones a una dieta alta en grasas durante tan solo una semana modificó la ingesta calórica adulta y la expresión de moléculas de señalización relacionadas con la dopamina (). Además, la sobrenutrición postnatal temprana en ratones, impulsada por una pequeña cantidad de camada durante la lactancia, predispone a la descendencia a la obesidad adulta al alterar el desarrollo hipotalámico (). Si bien está claro que la nutrición de la vida temprana puede afectar el desarrollo cerebral y el riesgo de obesidad, poco se sabe sobre la permanencia relativa de estos cambios a lo largo de la vida. Además, se han realizado estudios previos en animales machos, pero las hembras rara vez se han estudiado en este contexto. Con este fin, se estudiaron los ratones tanto machos como hembras para detectar cambios en la expresión génica y el metabolismo de la dopamina después de que se hicieron obesos en la vida temprana a través del consumo crónico de una dieta HF desde el nacimiento hasta las 8 semanas de edad. El sistema de dopamina también se evaluó 4 semanas después de la eliminación de la dieta HF, para examinar si los cambios persistieron o se revirtieron.

Métodos y procedimientos

Animales y modelo experimental.

Las hembras C57BL / 6J se criaron con machos DBA / 2J (The Jackson Laboratory, Bar Harbor, ME). Todas las presas fueron alimentadas con dieta de control estándar (#5755; 18.5% de proteína, 12% de grasa, 69.5% de carbohidratos) hasta el parto cuando la mitad de las presas / camadas se colocaron en una dieta alta en grasas (Test Diet, Richmond, IN #58G9; 18%) proteína, 60% de grasa y 20.5% de carbohidratos). Las crías se destetaron a las 3 semanas de edad y se mantuvieron con la dieta de control o la dieta alta en grasas hasta las 12 semanas de edad. Los pesos corporales se registraron semanalmente y se utilizaron ratones machos (n = 5 – 10) y hembras (n = 5 – 10). El Comité Institucional de Cuidado y Uso de Animales (IACUC) de la Universidad de Pennsylvania aprobó todos los procedimientos.

Preferencia de sacarosa y sacarina

En experimentos separados, los ratones se alojaron individualmente (n = 8 – 10 / grupo) en jaulas estándar durante los días 3 con una botella de 200 ml de la solución de prueba (4% de sacarosa o 1% de sacarina (w / v)) y otra Botella con 200 ml de agua del grifo. Chow House estaba disponible ad libitum. Se midió la sacarosa (ml), el agua (ml) y el consumo de alimentos (g) y se invirtió la colocación de las botellas diariamente. La preferencia se calculó utilizando el promedio de las mediciones de los últimos días de 2 de la siguiente manera: preferencia% = [(consumo de sacarosa / sacarosa + consumo de agua) × 100].

ADN genómico y aislamiento total de ARN del cerebro.

Los animales (n = 5 / grupo) se sacrificaron con una sobredosis de dióxido de carbono, seguido de dislocación cervical; un método recomendado por el Panel sobre Eutanasia de la Asociación Americana de Medicina Veterinaria. Luego se extrajeron rápidamente los cerebros y se colocaron en RNAlater (Ambion, Austin, TX) durante 4 – 6 horas antes de la disección. Las disecciones cerebrales para aislar la corteza prefrontal, el núcleo accumbens y el área tegmental ventral se formaron como se describió anteriormente (,, ). El ADN genómico y el ARN total se aislaron simultáneamente utilizando el Mini Kit AllPrep ADN / ARN (Qiagen).

Análisis de la expresión génica mediante PCR cuantitativa en tiempo real.

Para cada muestra individual, se usó 500ng del ARN total en la transcripción inversa utilizando el kit de transcripción inversa de alta capacidad (ABI, Foster City, CA). La expresión de los genes diana se determinó mediante RT-PCR cuantitativa utilizando sondas Taqman específicas de genes con Master Mix de expresión de genes Taqman (ABI) en el ABI7900HT Real-Time PCR Cycler. Las sondas genéticas están listadas en material suplementario. La cantidad relativa de cada transcripción se determinó usando los valores delta CT como se describe anteriormente en (). Los cambios en la expresión génica se calcularon frente a un estándar GAPDH sin cambios.

Metabolitos de dopamina y dopamina ex vivo

La cromatografía líquida de alto rendimiento (HPLC) se usó para medir el contenido de dopamina y sus metabolitos en las áreas de recompensa mesolímbicas del cerebro (n = 8-12), como se describió anteriormente (,). Los cerebros se recolectaron de animales y se dividieron en dos partes en los hemisferios derecho e izquierdo. El NAc y el PFC se diseccionaron y congelaron rápidamente con hielo seco y se almacenaron a -80 ° C. El tejido se preparó para el análisis por homogeneización en ácido perclórico 0.1 N, se centrifugó a 15,000 rpm durante 15 min a 2-8 ° C y se filtró el sobrenadante. Las muestras se analizaron mediante un sistema de HPLC Bioanalytical Systems (West Lafayette, IN, EE. UU.) Utilizando un detector electroquímico LC-4C. Las muestras (12 ul) se inyectaron en una columna de microporos de fase inversa a un caudal de 0.6 ml / min y la electrodetección se fijó a + 0.6 V. La separación de los metabolitos de dopamina y dopamina se realizó mediante una fase móvil que consiste en acetato de sodio 90-mM. 35-mM ácido cítrico, 0.34-mM etilendiamina tetraacético, 1.2-mM octil sulfato de sodio y 15% metanol v / v a un pH de 4.2. Las alturas máximas de las muestras se midieron y compararon con los estándares para la dopamina y su metabolito 3,4-ácido dihidroxifenilacético (DOPAC).

Ensayo de inmunoprecipitación de ADN metilado (MeDIP)

El ensayo MeDIP se realizó utilizando el kit MagMeDIP (Diagenode, Denville, NJ). El ADN metilado se inmunoprecipitó utilizando 0.15ul de perlas magnéticas recubiertas con anticuerpo anti-5metilcitidina (Diagenode) o suero preinmune de ratón. El enriquecimiento en la fracción MeDIP se determinó mediante RT-PCR cuantitativa utilizando la mezcla maestra de ensayo ChIP-qPCR (SuperArray) en el ciclador en tiempo real ABI7900HT. Para todos los genes examinados, los cebadores se obtuvieron de SuperArray (Ensayos ChIP-qPCR (−01) kb, SuperArray) para la amplificación de las regiones genómicas que abarcan los sitios CpG ubicados aproximadamente 300-500 bp aguas arriba de los sitios de inicio de la transcripción. Los resultados de MeDIP se expresaron como un enriquecimiento del ADN inmunoprecipitado para cada sitio. Para calcular el cambio de ocupación diferencial (porcentaje de enriquecimiento), los valores de CT de la fracción de ADN de MeDIP se normalizaron a los valores de CT de la fracción de ADN de entrada.

Estadística

El análisis de la expresión génica se realizó utilizando la prueba T de Student que comparaba los controles emparejados de edad con los grupos de recuperación de HF y HF +. El nivel alfa se ajustó para las múltiples regiones cerebrales estudiadas. La importancia de un gen utilizado en una región del cerebro fue p = .05; para dos regiones, p = 0.025, para regiones del cerebro 3 p = .016. Preferencia de sacarosa, preferencia de sacarina, HPLC y MEDIP, pesos corporales y análisis de corticosterona analizados utilizando ANOVA de una vía para comparar los grupos de recuperación de control, HF y HF +. Las pruebas de comparación múltiple post-hoc de Bonferonni se utilizaron para comparar las diferencias por pares entre los grupos. La importancia para estas pruebas se estableció en un nivel alfa de p = .05.

Resultados

Los ratones tuvieron acceso continuo a la dieta de control (control) o dieta alta en grasas al 60% (HFD) hasta las 12 semanas de edad. A las 12 semanas de edad, la mitad de los animales alimentados con HF se colocaron en el pienso de la casa durante 4 semanas (recuperación de HF +). Tanto en machos como en hembras, los animales HFD (círculos) eran más pesados ​​que los controles a partir de las 9 semanas de edad (p <.05) y permanecieron más pesados ​​que los controles durante todo el período de recuperación (Figura suplementaria 1).

Se administraron pruebas de preferencia de sacarosa y sacarina para evaluar la respuesta de los animales a estímulos gratificantes naturales y no nutritivos. La preferencia de sacarosa pero no la preferencia de sacarina se modificó después de la exposición a la dieta HF y volvió a los niveles normales después de la recuperación de HFD en hombres y mujeres. El ANOVA de una vía reveló que la preferencia de sacarosa disminuyó significativamente en los machos (Fig. 1A) y tendió hacia una disminución en las hembras (Fig. 1B) después de la exposición a HFD (F (2,16) = 4.82, p <.05; F (2,16) = 5.41, p <.06, respectivamente). Después de eliminar el HFD, este comportamiento se normalizó y la preferencia de sacarosa ya no difirió de los controles. La preferencia de sacarina no se alteró en ninguno de los machos (Fig. 1C) o hembras (Fig. 1D) como resultado de la exposición a HFD.

Figura 1 y XNUMX 

La preferencia de sacarosa, pero no la de sacarina, se altera después de la exposición a la dieta alta en grasas (HFD) y vuelve a los niveles de control después de la recuperación de HFD en hombres y mujeres

Debido a que la dopamina es un regulador clave del comportamiento de recompensa, la expresión del gen relacionado con la dopamina se examinó dentro del circuito de recompensa de una cohorte separada de hombres y mujeres después de 12 semanas en la HFD, y en un grupo adicional, después de 4 semanas recuperación de la HFD. Tabla 1 Resume los patrones de expresión génica y el análisis estadístico en VTA, PFC y NAc. En el VTA, se midieron tres genes importantes para regular los niveles de dopamina en los terminales sinápticos: catecolamina metil transferasa (COMT) involucrada en la inactivación de los neurotransmisores de catecolamina; transportador de dopamina (DAT), bomba de membrana que elimina la dopamina de la sinapsis, y tirosina hidroxilasa (TH), la enzima limitante de la velocidad para la síntesis de dopamina. Los valores de cambio doble para cada grupo se determinaron usando controles emparejados por antigüedad (por ejemplo, ambos puntos de tiempo de control se configuran en 1, y para mayor claridad, solo el control para HFD se muestra en el gráfico). La prueba t de Student (n = 5 / grupo) reveló en el VTA masculino que el ARNm de COMT, DAT y TH disminuyó significativamente por la exposición a HFD (Fig 2A) y volvió o superó los niveles de control después de un período de recuperación de la dieta (recuperación de HF +).

Figura 2 y XNUMX 

La dieta crónica alta en grasas (HFD) y la recuperación después de la HFD altera la expresión de genes relacionados con la dopamina en hombres y mujeres
Tabla 1 

Resumen de la expresión génica y estadísticas en hombres

En el PFC y NAC, se examinaron los genes importantes para la señalización de dopamina y el recambio de dopamina (n = 5 / grupo): COMT; subunidad reguladora de la proteína fosfatasa 1 1B (DARPP-32), una proteína de señalización corriente abajo regulada por la estimulación del receptor; receptor de dopamina D1 (DRD1), un receptor acoplado a proteína G postsináptico que estimula la adenilil ciclasa; y el receptor de dopamina D2 (DRD2), un receptor acoplado a proteína G postsináptico que inhibe la adenilil ciclasa. En el macho PFC (Fig. 2B), DARPP-32 aumentó, mientras que DRD1 y DRD2 disminuyeron después de la exposición a la HFD, y estos cambios persistieron después de la eliminación de la HFD (aunque el aumento en el mRNA de DARPP-32 no fue estadísticamente confiable). En el macho NAC (Fig. 2C), COMT, DRD1 y DRD2 disminuyeron con la exposición a HFD, y se mantuvieron por debajo de los niveles de control después de la eliminación de la HFD. Los niveles de DARPP-32 se incrementaron con la HFD, pero disminuyeron significativamente con respecto a los controles después de 4 semanas fuera de la HFD.

Las mismas regiones cerebrales y genes se examinaron en ratones hembras (n = 5 / grupo). Como se muestra en Tabla 2, se observaron diferencias significativas en el patrón de expresión génica en respuesta a la HFD, así como a la recuperación de la dieta. Al igual que en los hombres, en el VTA, los niveles de ARNm de COMT y TH disminuyeron significativamente después de la exposición a HFD (Fig 2D). Sin embargo, a diferencia de los machos, estos cambios persistieron después de la eliminación de la DFH. Además, en oposición directa al patrón observado en los hombres, la exposición a la HFD aumentó la expresión del ARNm de DAT en el VTA en las mujeres, y después de la eliminación de los niveles de HFD fueron incluso más bajos que los controles emparejados por edad. En el PFC, solo el DARPP-32 se vio afectado por la HFD crónica, con un aumento significativo en los niveles de ARNm después de la semana de la HNF 12 y un retorno a los niveles de control después de la eliminación de la HFD. Tanto el ARNm de COMT como el de D1R disminuyeron significativamente después de 4 semanas fuera de la HFD. En la hembra NAC, COMT, DRD1 y DRD2 disminuyeron después de la exposición a HFD (Fig. 2F). DRD1 y DRD2 se recuperaron para controlar los niveles después de la eliminación de la dieta, mientras que la COMT permaneció en niveles que permanecieron significativamente reducidos después de la recuperación de 4wk.

Tabla 2 

Resumen de la expresión génica y estadísticas en mujeres

Dada la disminución constante en la expresión de genes para los genes reguladores de dopamina en el VTA, se cuantificaron los metabolitos de dopamina y dopamina en regiones que reciben proyecciones del VTA, el PFC y el NAC. Figura 3 y XNUMX muestra la dopamina (DA) y el metabolito de la dopamina (DOPAC) del PFC y NAC en los hombres (Fig. 3A, 3C) y hembras (Fig. 3B, 3D). En los hombres, la exposición a la HFD produjo una disminución en los niveles de dopamina en PFC (Fig. 3A) y NAC (Fig 3C) (F (2,13) ​​= 3.95; F (2,18) = 3.536, p <.05), que se recuperó después de la eliminación de HFD solo en el NAC. El recambio de dopamina (relación DOPAC: DA) aumentó en PFC masculinos (F (2,12) = 3.85, p <.05) y NAC (F (2,17) = 4.69, p <.05). En contraste, el efecto de HFD sobre DA y DOPAC en mujeres fue cualitativamente diferente que en hombres. En el PFC, HFD no afectó los niveles de DA o DOPAC. En el NAc, los niveles de DA disminuyeron en los animales alimentados con HFD y permanecieron disminuidos incluso después de la eliminación del HFD (Fig. 3D, F (2,23) = 4.79, p <05). Los niveles de DOPAC se mantuvieron sin cambios en el NAc de las hembras, lo que resultó en un aumento en el recambio de DA (relación DOPAC: DA) (F (2,23) = 7.00, p <01).

Figura 3 y XNUMX 

Disminución de los niveles de dopamina en PFC y NAC después de HFD desde el nacimiento y recuperación mixta después de la eliminación de HFD

Dado que la transcripción de DAT se puede regular mediante la metilación diferencial del ADN y la observación de una diferencia de sexo notable en la expresión de DAT en el VTA, se examinó la metilación del ADN en la región promotora de DAT. En Figura 4A, 4C La expresión del gen DAT en el VTA se presenta nuevamente para mayor claridad (tomada de Fig. 2A y 2D). La metilación del promotor DAT aumentó significativamente en los machos (Fig. 4B) después de HFD y regresaron a niveles de control en HFD + machos en recuperación (F (2,11) = 23.64, p <.01). En las hembras, la metilación del promotor DAT tendió a disminuir en los animales HFD (D) y disminuyó significativamente en las hembras de recuperación HFD + (Fig. 5D, F (2,12) = 5.70, p <.05).

Figura 4 y XNUMX 

Cambios en el estado de metilación del ADN de los cambios paralelos del promotor DAT en la expresión génica en el VTA

Para evaluar si la eliminación de la HFD en el período de recuperación fue un factor estresante, se tomaron los niveles basales de corticosterona en plasma (ug / dl) en el control, HFD expuesta (semanas 12), HFD + 1wk recuperación y HFD + 4wk grupos de recuperación (n = 5X /grupo, Fig. 2 suplementario). El ANOVA de una vía no reveló diferencias significativas entre los grupos en animales machos (F (3,16) = 3.21, ns).

Discusión

El consumo crónico de una dieta alta en grasas (HFD) que comenzó en la vida temprana se usó para establecer la obesidad inducida por la dieta en ratones. Los ratones mostraron una menor preferencia de sacarosa y evidencia de una reducción del tono dopaminérgico en las regiones de recompensa del cerebro. Después de 4 semanas sin la HFD, la preferencia de sacarosa se normalizó tanto en hombres como en mujeres, sin embargo, persistieron algunos cambios en la expresión del gen de la dopamina. Estos experimentos proporcionan datos nuevos e importantes que describen el efecto de la DFH crónica en el sistema de recompensa del cerebro, destacando la capacidad de recuperación y las diferencias clave de sexo entre ratones machos y hembras.

En los animales alimentados con HFD, se observó una disminución de la preferencia de sacarosa, que se revirtió después de un período de recuperación. Estos hallazgos amplían nuestro informe anterior de la ingesta de HFD que conduce a una preferencia reducida de sacarosa () demostrando que esto puede ocurrir con una menor duración de la exposición a HFD (semanas 12 versus semanas 22) y, lo que es más importante, que la respuesta se recupera en ausencia de HFD. Los ratones hembra demostraron los mismos patrones de respuesta que los machos. Estos hallazgos son consistentes con otros en la literatura que han demostrado a través de la inclusión de un grupo alimentado por pares que la HFD crónica, y no la obesidad per se, atenúa la respuesta de la sucrosa en una tarea operante (). De manera similar, en el estudio actual, la preferencia de sacarosa se recuperó después de 4 semanas fuera de la HFD, mientras que el peso corporal se mantuvo significativamente elevado, lo que respalda la conclusión de que la disminución de la preferencia de sacarosa se debió a la exposición a la HFD y no al aumento de peso corporal asociado. Fue particularmente interesante que no hubo cambios en la preferencia de la sacarina. Esto puede indicar que la HFD crónica afecta de manera diferente la respuesta a las recompensas de calorías calóricas y no calóricas. Se ha demostrado que los efectos post ingestivos influyen en la preferencia independientemente de la palatabilidad, ya que se ha demostrado que la ingesta de sacarosa induce la liberación de dopamina en ratones "ciegos" con receptores de sabor (ciego)), se requiere valor nutricional para la recompensa y el refuerzo () y las vías de detección metabólica independientes del gusto se han definido en drosophila (). La sacarina es significativamente más dulce que la sacarosa, por lo que se hizo un esfuerzo para establecer la equivalencia en el dulzor (generalmente 4-10x mayor concentración de sacarosa ()) sin embargo, la preferencia general por la sacarina fue menor que la de la sacarosa en estos animales. Por lo tanto, una explicación alternativa puede ser que la HFD afectó de manera diferente a la preferencia de sacarosa porque fue relativamente más gratificante que la sacarina (recompensa de valor alto contra bajo), aunque los animales todavía mostraron una fuerte preferencia por la sacarina (~ 75-80% de preferencia por la sacarina en comparación a ~ 85 – 90% preferencia por sacarosa).

En general, la expresión del gen dopaminérgico en el VTA, NAc y PFC disminuyó en ratones machos después de una HFD crónica. Estos hallazgos son consistentes con otros estudios que observaron disminuciones en los genes relacionados con la dopamina en respuesta a la HFD (,,). Se han observado disminuciones en la expresión y función del receptor D2 de dopamina en estudios de imágenes en humanos (, ) y modelos de obesidad en roedores (, ). La disminución de la señalización de dopamina reduce la sensibilidad a las recompensas naturales y, por lo tanto, puede facilitar el consumo excesivo continuo de alimentos sabrosos y un mayor aumento de peso (,). Además, se sabe que la homeostasis de la dopamina alterada a través de la disminución de la expresión de la superficie del DAT conduce a un aumento en la ingesta de dieta alta en grasas (). Se observó una excepción a este patrón con DARPP-32, una fosfoproteína regulada por AMP de dopamina y cíclica, que aumentó después de la HFD en NAc y PFC. DARPP-32 desempeña un papel clave en la integración de una variedad de respuestas bioquímicas y de comportamiento controladas por la dopamina. Puede ser que la regulación positiva de DARPP-32 fuera compensatoria en respuesta a la regulación descendente crónica de D1R. En un modelo similar (12 wk HFD en ratones), se ha demostrado que la regulación por disminución de D1R se correspondió con un aumento en la fosforilación de DARPP-32 en NAc ().

Pocos estudios han examinado la capacidad de recuperación de estos cambios después de la eliminación de la DFH. Sin embargo, en dos informes recientes, los cambios en la expresión génica y los defectos del sistema de recompensa persistieron después de un corto período de retiro (14 – 18d) (, ). En contraste, los estudios en pacientes obesos antes y después de la cirugía de bypass gástrico han mostrado una reversión de los cambios dopaminérgicos después de un período más largo de pérdida de peso (). En los hombres, el patrón de recuperación varió según la región del cerebro. En el VTA, las disminuciones observadas en COMT, DAT y TH se normalizaron con la eliminación de la HFD. En contraste, todos los cambios en la expresión génica observados en la NAc y PFC no se normalizaron. En el estudio actual, la HFD crónica condujo a un aumento de peso significativo y, después de 4, semanas después de la dieta, los animales todavía eran significativamente más pesados ​​que los controles. Por lo tanto, es probable que los cambios metabólicos y hormonales posteriores que acompañan a la obesidad (p. Ej., Aumento de la leptina, adipocinas elevadas) aún estuvieran presentes en las semanas 4 sin dieta. Por lo tanto, los cambios en la expresión génica que se normalizaron (p. Ej., En el VTA) pueden haber sido impulsados ​​principalmente por el HFD, mientras que los que se mantuvieron (en NAc y PFC) pueden estar más estrechamente relacionados con la obesidad. El mantenimiento de la pérdida de peso mediante la dieta es característicamente bajo (con 67% () a 80% () De pacientes que recuperan el peso perdido. Esta persistencia de los cambios en la expresión génica en las regiones de recompensa podría ser importante para explicar en parte este hecho común. También es importante tener en cuenta que los cambios observados en el comportamiento y en la expresión génica probablemente no se deban al estrés asociado con el cambio de dietas, ya que no hubo cambios significativos en los niveles de corticosterona en plasma basales en la DFH o después de la recuperación de 1wk o 4wk.

Se revelaron diferencias de sexo interesantes, tanto en la respuesta a la enfermedad crónica como en la eliminación de la dieta. Las hembras fueron similares a los machos al mostrar una disminución general en los genes relacionados con la dopamina que predecirían una disminución en la actividad de la DA, particularmente en el VTA y el NAc. Una diferencia de sexo notable fue el aumento en la expresión del ARNm de DAT en el VTA femenino después de la HFD. Esta diferencia en la expresión génica, junto con disminuciones similares en la expresión del gen TH en ambos sexos, sugeriría diferencias significativas en la neurotransmisión de dopamina dentro de la NAc, tanto al final de la exposición a la HFD como después del período de recuperación. Una mayor apreciación de la importancia funcional de estas diferencias es un foco importante de la investigación futura.

Además, mientras COMT y TH disminuyen la recuperación en el VTA masculino, estas disminuciones persistieron en las hembras después de 4-semana fuera de la HFD. Aún no se ha determinado si estas diferencias se revertirían con un tiempo más prolongado fuera de la dieta, sin embargo, respalda la conclusión de que las hembras son, al menos, más lentas de recuperar, si es que se recuperan. Además, los cambios en la expresión génica de D1R y D2R en NAc y PFC fueron bastante diferentes entre hombres y mujeres. En los hombres, hubo una disminución general en la expresión génica en ambas regiones que persistió en gran medida después de la eliminación de la dieta. En las hembras, D1R y D2R disminuyeron en la NAc y luego se recuperaron, pero no hubo efecto de la HFD sobre los receptores de dopamina en la PFC. En los estudios actuales, las hembras fueron sacrificadas sin tener en cuenta el estado del estro. Si bien se sabe que algunos de los puntos finales observados varían a lo largo del ciclo del estro, las hembras en este estudio no demostraron un aumento de la varianza entre los puntos finales, particularmente cuando se compararon con el efecto de las manipulaciones de la dieta.

Para complementar los hallazgos de la expresión génica, se midió la dopamina en las regiones de proyección primaria del VTA, es decir, el PFC y el NAc. Los niveles de dopamina tendieron a cambios paralelos observados en el ARNm de TH en el VTA. En la NAc tanto de hombres como de mujeres, los niveles de DA disminuyeron en respuesta a la dieta HFD; Una respuesta que se recuperó en los machos, pero no en las hembras. En el PFC, los niveles de dopamina también disminuyeron con la DFH, sin embargo, no hubo recuperación de la dieta en el PFC. Además, las mujeres tenían niveles más bajos de dopamina en la corteza prefrontal que los hombres. Las diferencias de sexo en la expresión y función de la DAT son bien conocidas en la literatura, y las mujeres muestran una expresión aumentada de la DAT () y función (), y estas diferencias pueden contribuir a los diferentes niveles de referencia de dopamina entre hombres y mujeres. El examen de la relación DOPAC: DA también es informativo. Un aumento en esta relación puede haber reflejado una respuesta compensatoria impulsada por disminuciones en la DA. El significado funcional a largo plazo de estos cambios en el metabolismo de la dopamina se iluminaría midiendo los cambios en la liberación de dopamina usando in vivo microdiálisis

Además, estos datos identifican la regulación dinámica de la metilación del ADN dentro del promotor del gen DAT, particularmente en los machos. Recientemente, hemos demostrado que la expresión de DAT puede ser regulada dinámicamente por metilación diferencial de ADN en respuesta a HFD (), y ese aumento en la metilación del promotor DAT se correlaciona con una disminución en la expresión génica. Aquí identificamos la plasticidad de esta respuesta, ya que el aumento de la metilación del ADN (y la disminución de la expresión del ARNm) que se observa en los machos se revierte al eliminar la HFD. La regulación de genes epigenéticos, por ejemplo a través de cambios en la metilación del ADN, presenta una vía por la cual los organismos pueden adaptarse fácilmente a los desafíos ambientales. Las marcas epigenéticas se pueden mantener durante toda la vida (), y en células madre embrionarias cultivadas, se observaron patrones reversibles y persistentes de metilación diferencial del ADN en respuesta a las condiciones ambientales cambiantes (). Estos datos son los primeros en demostrar in vivo un patrón de metilación dinámico que cambia con la presencia o ausencia de un desafío ambiental. Fue notable que este mismo patrón no se observó en las hembras. Si bien la respuesta inicial a la HFD fue la predicha (la disminución de la metilación del ADN impulsó el aumento de la expresión génica), este patrón no se mantuvo durante todo el período de recuperación. Esto sugiere que la metilación del ADN y la expresión génica pueden desacoplarse durante las cuatro semanas de la HFD o puede sugerir que el ARNm de DAT está regulado por otros medios en las mujeres.

En los varones, la preferencia de sacarosa, la expresión de genes relacionados con DA en el VTA y la dopamina en el NAc siguen un patrón consistente de supresión en respuesta al HFD crónico que se recupera después de la eliminación de la dieta. Curiosamente, mientras que las respuestas de comportamiento a la sacarosa son similares en las hembras, tanto el patrón de expresión génica como los niveles de dopamina NAc muestran una falta de recuperación al eliminar la HFD. Los comportamientos relacionados con la recompensa están claramente influenciados por sistemas de neurotransmisores adicionales, como los opioides, y tal vez en las mujeres, la respuesta conductual a la sacarosa está más fuertemente asociada con los cambios en los opioides. En general, los datos actuales sugieren que las diferencias de sexo tanto en la respuesta inicial a la DFH, como en la recuperación después de la eliminación de la DFH, con respecto a la expresión de genes relacionados con la dopamina representan una dirección importante para futuras investigaciones dirigidas a cómo el consumo crónico de Un HFD impacta el sistema de recompensa del cerebro. En particular, estos datos identifican una plasticidad significativa en la respuesta dopaminérgica a la HFD, lo que sugiere que si bien los efectos adversos del consumo crónico de HFD y / o la obesidad son significativos, existe la posibilidad de recuperación.

Lo que ya se sabe sobre este tema.

  • La expresión y la función del receptor de dopamina disminuyen en pacientes obesos
  • La exposición crónica a una dieta alta en grasas causa cambios en los genes relacionados con la dopamina y recompensa el comportamiento
  • La neurotransmisión de la dopamina se altera en roedores obesos.

Lo que este manuscrito agrega al tema

  • Identificación de las diferencias sexuales en la respuesta del SNC a la dieta alta en grasas.
  • Evaluación de la plasticidad de los cambios dopaminérgicos al eliminar la dieta alta en grasas.
  • Identificación de cambios dinámicos en la metilación del ADN en respuesta a una dieta alta en grasas

Material suplementario

AGRADECIMIENTOS

Este trabajo fue apoyado por las siguientes subvenciones: MH087978 (TMR), MH86599 (IL) y T32 GM008076 (JLC).

Notas a pie de página

 

Declaración de conflictos de intereses

Los autores no tienen conflictos para divulgar.

 

Referencias

1. Swinburn B, Sacks G, Ravussin E. El aumento del suministro de energía alimentaria es más que suficiente para explicar la epidemia de obesidad en los EE. UU. Soy J Clin Nutr. 2009; 90: 1453 – 1456. ElPubMed]
2. Fibiger HC, Phillips AG. Sistemas de dopamina mesocorticolímbicos y recompensa. Ann NY Acad Sci. 1988; 537: 206 – 215. ElPubMed]
3. Hernández Luis, Hoebel Bartley G. Recompensa de alimentos y aumento de la cocaína Dopamina extracelular en el núcleo Accumbens medido por microdiálisis. Ciencias de la vida. 1988; 42 (18): 1705 – 1712. ElPubMed]
4. Sahr Allison E, Sindelar Dana K, Alexander-Chacko Jesline T, Eastwood Brian J, Mitch Charles H, Statnick Michael A. La activación de las neuronas mesolímbicas de dopamina durante el acceso limitado diario y novedoso a alimentos palatables está bloqueada por el antagonista opioide LY255582. American Journal of Physiology - Fisiología reguladora, integradora y comparada. 2008 de agosto de 1; 295 (2): R463 – R471. [PubMed]
5. Stice E, Spoor S, Bohon C, Small DM. La relación entre la obesidad y la respuesta estriatal a los alimentos está moderada por el alelo TaqIA A1. Ciencia. 2008; 322: 449 – 452. ElArtículo gratuito de PMC] [PubMed]
6. Noble EP, Blum K, Ritchie T, Montgomery A, Sheridan PJ. Asociación alélica de la D2 Gen del receptor de dopamina con características de unión al receptor en el alcoholismo. Arch Gen Psychiatr. 1991; 48: 648 – 654. ElPubMed]
7. Chen PS, Yang YK, Yeh TL, Lee IH, Yao WJ, Chiu NT, y otros. Correlación entre el índice de masa corporal y la disponibilidad del transportador de dopamina estriado en voluntarios sanos: un estudio SPECT. Neuroimagen. 2008; 40 (1): 275 – 279. ElPubMed]
8. Necesito AC, Ahmadi KR, Spector TD, Goldstein DB. La obesidad se asocia con variantes genéticas que alteran la disponibilidad de dopamina. Anales de la genética humana. 2006 de mayo; 70 (Pt 3): 293 – 303. ElPubMed]
9. Geiger BM, Frank LE, Caldera-siu AD, Stiles L, Pothos EN. Deficiencia de dopamina central en modelos de obesidad múltiple. Apetito. 2007; 49 (1): 293.
10. Geiger BM, Haburcak M, Avena NM, Moyer MC, Hoebel BG, Pothos EN. Déficits de neurotransmisión de dopamina mesolímbica en la obesidad de la dieta de ratas. Neurociencia 2009 Abr 10; 159 (4): 1193 – 119. ElArtículo gratuito de PMC] [PubMed]
11. Cono JJ, Robbins HA, Roitman JD, Roitman MF. El consumo de una dieta alta en grasas afecta la liberación y la recaptación fásicas de dopamina en el núcleo accumbens. Apetito. 2010 Jun; 54 (3): 640.
12. Zivjena Vucetic, Carlin Jesselea, Totoki Kathy, Reyes Teresa M. Desregulación epigenética del sistema de dopamina en la obesidad inducida por la dieta. Revista de Neuroquímica. 2012 Ene 5; ElArtículo gratuito de PMC] [PubMed]
13. Alsiö J, Olszewski PK, Norbäck AH, Gunnarsson ZEA, Levine AS, Pickering C, Schiöth HB. La expresión del gen del receptor D1 de la dopamina disminuye en el núcleo accumbens con la exposición prolongada a alimentos palatables y difiere según el fenotipo de obesidad inducida por la dieta en ratas. Neurociencia 2010 diciembre 15; 171 (3): 779 – 787. ElPubMed]
14. Johnson Paul M, Kenny Paul J. Dopamin D2 Receptores en disfunción de recompensa similar a la adicción y alimentación compulsiva en ratas obesas. Neurociencia de la naturaleza. 2010 mayo; 13 (5): 635 – 641. ElArtículo gratuito de PMC] [PubMed]
15. Huang Xu-Feng, Yu Yinghua, Zavitsanou Katerina, Han Mei, Storlien Len. Expresión diferencial del receptor de dopamina D2 y D4 y ARNm de tirosina hidroxilasa en ratones propensos o resistentes a la obesidad crónica inducida por dieta rica en grasas. Investigación Molecular del Cerebro. 2005 Abr 27; 135 (1 – 2): 150 – 161. ElPubMed]
16. Teegarden SL, Scott AN, Bale TL. La exposición temprana a una dieta alta en grasas promueve cambios a largo plazo en las preferencias dietéticas y la señalización de recompensa central. Neurociencia 2009 Sep 15; 162 (4): 924 – 932. ElArtículo gratuito de PMC] [PubMed]
17. Bouret SG. Papel de las primeras experiencias hormonales y nutricionales en la formación del comportamiento alimentario y el desarrollo hipotalámico. El Diario de la Nutrición. 2010 Ene 1; ElPubMed]
18. Vucetic Z, Kimmel J, Totoki K, Hollenbeck E, Reyes TM. La dieta materna alta en grasa altera la metilación y la expresión génica de la dopamina y los genes relacionados con los opioides. Endocrinología. 2010 Oct; 151 (10): 0000 – 0000. ElArtículo gratuito de PMC] [PubMed]
19. Reyes Teresa M, Walker John R, DeCino Casey, Hogenesch John B, Sawchenko Paul E. Estresores agudos categóricamente distintos provocan perfiles transcripcionales disímiles en el núcleo paraventricular del hipotálamo. The Journal of Neuroscience: The Official Journal of the Society for Neuroscience. 2003 Jul 2; 23 (13): 5607 – 5616. ElPubMed]
20. Cleck Jessica N, Ecke Laurel E, Blendy Julie A. Cambios endocrinos y de expresión génica luego de la exposición forzada al estrés por natación durante la abstinencia de cocaína en ratones. Psicofarmacología. 2008 Nov; 201 (1): 15 – 28. ElArtículo gratuito de PMC] [PubMed]
21. Pfaffl MW. Un nuevo modelo matemático para la cuantificación relativa en tiempo real rt-pcr. Nucleic Acids Res. 2001; 20: e45. ElArtículo gratuito de PMC] [PubMed]
22. Mayorga AJ, Dalvi A, Page ME, Zimov-Levinson S, Hen R, Lucki I. Efectos conductuales similares a los antidepresivos en ratones mutantes del receptor 5-hidroxitriptamina (1A) y 5-hidroxitriptamina (1B). J Pharmacol Exp Ther. 2001; 298: 1101 – 110. ElPubMed]
23. Vucetic Z, Kimmel J, Reyes TM. La dieta crónica alta en grasa impulsa la regulación epigenética postnatal del receptor μ-opioide en el cerebro. Neuropsicofarmacología. Doi 2011: 10.1038 / npp.2011.4. Avance de publicación en línea 16 Febrero 2011. ElArtículo gratuito de PMC] [PubMed] [Cross Ref.]
24. Davis JF, Tracy AL, Schurdak JD, Tschöp MH, Lipton JW, Clegg DJ, y otros. La exposición a niveles elevados de grasa en la dieta atenúa la recompensa psicoestimulante y la rotación de dopamina mesolímbica en la rata. Behav Neurosci. 2008; 122 (6) [Artículo gratuito de PMC] [PubMed]
25. de Araujo Ivan E, J Oliveira-Maia Albino, Sotnikova Tatyana D, Gainetdinov Raul R, Caron Marc G, Nicolelis Miguel AL, Simon Sidney A. Recompensa de alimentos en ausencia de señalización del receptor del gusto. Neurona. 2008 Mar 27; 57 (6): 930 – 941. ElPubMed]
26. Beeler Jeff A, McCutcheon James E, Cao Zhen FH, Murakami Mari, Alexander Erin, Roitman Mitchell F, Zhuang Xiaoxi. El sabor desacoplado de la nutrición no logra sostener las propiedades de refuerzo de los alimentos. La revista europea de neurociencia. 2012 Ago; 36 (4): 2533 – 2546. ElArtículo gratuito de PMC] [PubMed]
27. Dus Monica, Min SooHong, Keene Alex C, Lee Ga Young, Suh Greg SB. Detección independiente del sabor del contenido calórico del azúcar en Drosophila. Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América. 2011 Jul 12; 108: 11644 – 11649. ElArtículo gratuito de PMC] [PubMed]
28. Wang Gene-Jack, Volkow Nora D, Logan Jean, Pappas Naoml R, Wong Christopher T, Zhu Wel, Netusll Noelwah, Fowler Joanna S. Dopamina cerebral y obesidad. La lanceta. 2001; 357 (9253): 354 – 357. ElPubMed]
29. Huang XF, Zavitsanou K, Huang X, Yu Y, Wang H, Chen F, et al. Transportador de dopamina y densidades de unión al receptor D2 en ratones propensos o resistentes a la obesidad crónica inducida por la dieta alta en grasas. Behav Brain Res. 2006; 175 (2): 415 – 419. ElPubMed]
30. Fortuna Jeffrey L. La epidemia de obesidad y la adicción a la comida: similitudes clínicas con la dependencia de drogas. Diario de las drogas psicoactivas. 2012 Mar; 44 (1): 56 – 63. ElPubMed]
31. Koob George F, Moal Michel Le. La adicción y el sistema antirradia cerebral. Revisión anual de la psicología. 2008; 59: 29 – 53. ElPubMed]
32. Speed ​​Nicole, Saunders Christine, Davis Adeola R, Anthony Owens W, Matthies Heinrich JG, Saadat Sanaz, Kennedy Jack P, et al. La señalización dañada del estriado estriado interrumpe la homeostasis de la dopamina y aumenta la alimentación. Más uno. 2011 Sep 28; 6 (9) doi: 10.1371 / journal.pone.0025169. ElArtículo gratuito de PMC] [PubMed] [Cross Ref.]
33. Sharma S, Fulton S. La obesidad inducida por la dieta promueve un comportamiento depresivo que se asocia con adaptaciones neuronales en los circuitos de recompensa cerebral. Revista Internacional de Obesidad 2005. 2012 Abr 17; ElPubMed]
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. Alteraciones de los receptores centrales de dopamina antes y después de la cirugía de derivación gástrica. Cirugía de la obesidad. 2009 Oct 29; 20 (3): 369 – 374. ElPubMed]
35. Phelan Suzanne, Wing Rena R, Loria Catherine M, Kim Yongin, Lewis Cora E. Prevalencia y predictores del mantenimiento de la pérdida de peso en una cohorte birracial: resultados del estudio sobre el desarrollo del riesgo de la arteria coronaria en adultos jóvenes. Revista Americana de Medicina Preventiva. 2010 Dec; 39 (6): 546 – 554. ElArtículo gratuito de PMC] [PubMed]
36. Field AE, Wing RR, Manson JE, Spiegelman DL, Willett WC. Relación entre una pérdida de peso grande y un cambio de peso a largo plazo entre mujeres estadounidenses jóvenes y de mediana edad. Revista Internacional de Obesidad y Trastornos Metabólicos Relacionados: Revista de la Asociación Internacional para el Estudio de la Obesidad. 2001 Ago; 25 (8): 1113 – 1121. ElPubMed]
37. Morissette M, Di Paolo T. Sexo y variaciones en el ciclo estral de los sitios de captación de dopamina estriatal de rata. Neuroendocrinología. 1993 Jul; 58 (1): 16 – 22. ElPubMed]
38. Bhatt Sandeep D, Dluzen Dean E. Funciones de la transportadora de dopamina Diferencias entre ratones CD-1 macho y hembra. Investigación del cerebro. 2005 Feb 28; 1035 (2): 188 – 195. doi: 10.1016 / j.brainres.2004.12.013. ElPubMed] [Cross Ref.]
39. Ollikainen Miina, Smith Katherine R, Joo Eric Ji-Hoon, Hong Kiat Ng, Andronikos Roberta, Novakovic Boris, y otros. El análisis de metilación del ADN de tejidos múltiples de gemelos recién nacidos revela componentes tanto genéticos como intrauterinos a la variación en el epigenoma neonatal humano. Genética Molecular Humana. 2010 Nov 1; 19 (21): 4176 – 4188. ElPubMed]
40. Tompkins Joshua D, Hall Christine, Chen Vincent Chang-yi, Li Arthur Xuejun, Wu Xiwei, Hsu David, y otros. Estabilidad epigenética, adaptabilidad y reversibilidad en células madre embrionarias humanas. Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América. 2012 Jul 31; 109 (31): 12544 – 12549. ElArtículo gratuito de PMC] [PubMed]