Reversión da disfunción do sistema de dopamina en resposta á dieta alta en graxa (2013)

. Manuscrito de autor; dispoñible en PMC 2014 Xuño 1.

Publicado en forma definitiva editada como:

PMCID: PMC3700634

NIHMSID: NIHMS435903

Abstracto

Obxectivo

Para comprobar se a dieta rica en graxa (HFD) diminúe o ton dopaminérxico nas rexións de recompensa do cerebro e avaliar se estes cambios reverten despois da eliminación do HFD.

Deseño e Métodos

Os ratos masculinos e femininos foron alimentados cun 60% HFD durante 12 semanas. Un grupo adicional foi evaluado 4 semanas despois da eliminación do HFD. Estes grupos foron comparados cos controis alimentados con idade. A preferencia por sacarina e sacarina foi medida xunto coa expresión do ARNm de xenes relacionados coa dopamina por RT-qPCR. A dopamina e DOPAC medíronse empregando cromatografía líquida de alto rendemento. A metilación do ADN do promotor DAT medíase mediante unha inmunoprecipitación do ADN metilado e RT-qPCR.

Resultados

Despois da HFD crónica, reduciuse a preferencia de sacarosa e normalizouse despois da eliminación do HFD. Diminuíuse a expresión dos xenes de dopamina, diminución do contido de dopamina e alteracións na metilación do promotor DAT. É importante destacar que a resposta ao HFD e a persistencia dos cambios dependían do sexo e da rexión cerebral.

Conclusións

Estes datos identifican a diminución do ton de dopamina despois do HFD crónico de vida temperá cun patrón complexo de reversión e persistencia que varía tanto por sexo como por rexión cerebral. Os cambios no SNC que non se revertiron tras a retirada do HFD poden contribuír á dificultade para manter a perda de peso despois da intervención da dieta.

Palabras clave: Dopamina, dieta rica en graxa, DAT, diferenzas de sexo, obesidade, retirada, metilación do ADN

introdución

É considerado un gran factor que contribúe ás elevadas taxas de obesidade nos Estados Unidos (considérase un exceso de alimentos saborosos e densamente calóricos).). Debido a que os alimentos saborosos adoitan consumirse despois de que se cumpran os requirimentos de enerxía, as gratificantes propiedades dos alimentos saborosos poden anular os sinais de saciedade homeostática. Moitos neurotransmisores xogan un papel no comportamento da alimentación (por exemplo, os opioides, a dopamina, o GABA, a serotonina) e a integración de sinais de nutrientes periféricos (por exemplo, leptina, insulina, grelinina). A sinalización da dopamina é un mediador clave tanto na recompensa dos alimentos como no comportamento en busca de recompensa, xa que a dopamina na rexión mesolímbica / mesocortical está asociada ás propiedades gratificantes de alimentos, sexo e drogas da dependencia (). Un alimento agradable e agradable provoca unha explosión de dopamina no sistema de recompensa central (,). Con un consumo crónico de alimentos gratificantes, o aumento da liberación de dopamina ao longo do tempo pode levar a adaptacións asociadas á hipofunción de recompensa.

Varias liñas de evidencia apoian a hipótese da función da dopamina alterada na obesidade. Os estudos de imaxe humana revelaron unha activación contundente en rexións de recompensa de pacientes obesos ao beber unha solución altamente saborosa (batido) (). A resposta de recompensa contundente asociouse con menos dispoñibilidade de receptor de dopamina cerebral dispoñibilidade D2. De feito, as mutacións no receptor da dopamina humana D2 relacionáronse tanto coa obesidade como coa adicción (). O contido de dopamina na sinapse é controlado en gran medida pola absorción de transportistas de dopamina (DAT). Os niveis de transportador de dopamina están correlacionados negativamente co índice de masa corporal e as variantes xenéticas de DAT tamén están asociadas á obesidade (,). Os modelos animais de obesidade demostraron descensos na dopamina extracelular basal e unha neurotransmisión da dopamina reducida no núcleo accumbens e na área tegmental ventral (,,). A diminución dos xenes relacionados coa dopamina despois da dieta crónica con alta graxa (HF) suxire unha diminución da sinalización nas rexións de recompensa (, ,,). Esta diminución da actividade da dopamina despois da dieta crónica con alto contido de graxa pode reducir a sensibilidade ás recompensas naturais e facilitará o exceso de consumo e o aumento de peso.

A vida temperá é un período crítico no desenvolvemento do cerebro e o ambiente nutricional temperán pode influír nas vías cerebrais controlando a inxestión de alimentos e o metabolismo enerxético. Exposición precoz de ratos a unha dieta rica en graxa durante menos dunha semana modificou a inxestión calórica de adultos e a expresión de moléculas de sinalización relacionadas coa dopamina (). Ademais, a temprana alimentación post-natal sobre os ratos, impulsada por un pequeno número de lixo durante a lactación, predispón á descendencia á obesidade adulta alterando o desenvolvemento hipotalámico (). Aínda que está claro que a nutrición da vida temperá pode afectar o desenvolvemento cerebral e o risco de obesidade, non se sabe nada sobre a permanencia relativa destes cambios ao longo da vida. Ademáis, estudos previos fixéronse en animais masculinos pero raras veces as mulleres foron estudadas neste contexto. Para estes efectos, estudáronse os ratos masculinos e femininos para os cambios na expresión xénica e no metabolismo da dopamina despois de que se fixesen obesos na vida temperá a través do consumo crónico dunha dieta HF desde o nacemento ata as 8 semanas de idade. O sistema de dopamina tamén se evaluou 4 semanas despois da eliminación da dieta de HF, para examinar se os cambios persistiron ou se revertiron.

Métodos e procedementos

Animais e modelo experimental

As mulleres C57BL / 6J foron criadas con machos DBA / 2J (The Jackson Laboratory, Bar Harbor, ME). Todos os diques foron alimentados con dieta de control estándar (#5755; 18.5% de proteína, 12% de graxa, 69.5% de carbohidratos) ata a partición cando a metade das presas / camadas foron postas nunha dieta rica en graxas (Test Diet, Richmond, IN #58G9; 18% proteína, 60% graxa e 20.5% carbohidratos). Os fillos foron destetados ás 3 semanas de idade e mantivéronse tanto na dieta control como na dieta rica en graxas ata as 12 semanas de idade. Semanalmente rexistráronse pesos corporais e usáronse tanto os machos (n = 5 – 10) como os machos (n = 5 – 10). O Comité institucional de coidado e uso dos animais (IACUC) da Universidade de Pensilvania aprobou todos os procedementos.

Preferencia de sacarina e sacarina

En experimentos separados, os ratos foron aloxados individualmente (n = 8 – 10 / grupo) en gaiolas estándar durante 3 días cunha botella de 200 ml da solución de proba (4% sacarosa ou 1% solución de sacarina (p / v)) e outra botella con 200 ml de auga da billa. O chow da casa estaba dispoñible ad libitum. Medíase sacarosa (ml), auga (ml) e consumo de alimentos (g) e a posición das botellas foi invertida diariamente. A preferencia calculouse usando a media das medidas dos últimos días 2 do seguinte xeito: preferencia% = [(consumo de sacarosa / sacarosa + consumo de auga) × 100].

ADN xenómico e illamento total do ARN do cerebro

Os animais (n = 5 / grupo) foron eutanasiados cunha sobredose de dióxido de carbono, seguida de luxación cervical; un método recomendado polo Panel sobre Eutanasia da American Veterinary Medical Association. Os cerebros foron eliminados rapidamente e colocados en RNAlater (Ambion, Austin, TX) durante 4-6 horas antes da disección. Preformáronse diseccións cerebrais para illar a corteza prefrontal, o núcleo accumbens e a área tegmental ventral como se describiu anteriormente (,, ). O ADN xenómico e o ARN total foron illados simultaneamente mediante AllPrep ADN / RNA Mini Kit (Qiagen).

Análise da expresión xénica mediante PCR cuantitativa en tempo real

Para cada mostra individual, utilizouse 500ng de ARN total en transcrición inversa empregando o Kit de transcrición inversa de alta capacidade (ABI, Foster City, CA). A expresión dos xenes diana foi determinada mediante RT-PCR cuantitativa usando sondas Taqman específicas do xene con mestura Master Mix (ABI) da expresión xénica Taqman no ciclista PCR en tempo real ABI7900HT. Aparecen as sondas xénicas material suplementario. A cantidade relativa de cada transcrición determinouse usando valores CT delta como se describiu anteriormente en (). Os cambios na expresión xénica calculáronse con respecto a un estándar GAPDH non modificado.

Dopamina Expo e Metabolitos Dopamina

A cromatografía líquida de alto rendemento utilizouse para medir o contido de dopamina e os seus metabolitos nas áreas de recompensa mesolímbica do cerebro (n = 8 – 12), como se describiu anteriormente (,). Os cerebros foron recollidos de animais e bisectados nos hemisferios dereito e esquerdo. O NAc e o PFC foron diseccionados e conxelados rapidamente polo xeo seco e almacenados a -80 ° C. O tecido foi preparado para a súa análise por homoxeneización en ácido clorhídrico 0.1 N, centrifugado a 15,000 rpm durante 15 min a 2-8 ° C, e filtrado polo sobrenadante. As mostras foron analizadas por un sistema bioanalítico HPLC (West Lafayette, IN, EUA) usando un detector electroquímico LC-4C. Inxectáronse mostras (12 ul) nunha columna de microboro de fase inversa a un caudal de 0.6 ml / min e a electrodetección fixada en + 0.6 V. A separación para metabolitos de dopamina e dopamina realizouse por unha fase móbil constituída por acetato de sodio 90-mM, Ácido cítrico 35-mM, ácido tetraacético etilendiamina 0.34-mM, octil sulfato sódico 1.2-mM e 15% metanol v / v a un pH de 4.2. Medíronse as alturas máximas das mostras e comparáronse coas normas para a dopamina e o seu metabolito ácido 3,4-dihidroxifenilacético (DOPAC).

Ensayo de inmunoprecipitación ao ADN metilado (MeDIP)

O ensaio MeDIP foi preformado usando o kit MagMeDIP (Diagenode, Denville, NJ). O ADN metilado foi inmunoprecipitado utilizando 0.15ul de contas magnéticas recubertas con anticorpos anti-5metilcitidina (Diagenode) ou soro preinmune do rato. O enriquecemento na fracción MeDIP determinouse mediante RT-PCR cuantitativa usando ChIP-qPCR Assay Master Mix (SuperArray) no ciclista en tempo real ABI7900HT. Para todos os xenes examinados, os cebadores obtivéronse a partir de SuperArray (ChIP-qPCR Ensayos (−01) kb, SuperArray) para a amplificación de rexións xenómicas que abarcan os sitios CpG situados aproximadamente 300-500 bp augas arriba dos sitios de inicio da transcrición. Os resultados do MeDIP expresáronse como un enriquecemento do ADN inmunoprecipitado para cada sitio. Para calcular a variación do pliego de ocupación diferencial (% enriquecemento), normalizáronse os valores de fracción de ADN de MeDIP a valores CT de fracción de ADN.

Estatística

A análise da expresión xénica foi realizada mediante a proba T estudantil comparando os controis combinados envellecidos con grupos de recuperación de HF e HF +. O nivel alfa axustouse para as múltiples rexións cerebrais enquisadas. A significación dun xene usado nunha rexión cerebral foi p = .05; para dúas rexións, p = 0.025, para 3 rexións cerebrais p = .016. Preferencia de sacarina, preferencia de sacarina, HPLC e MEDIP, pesos corporais e ensaio de corticosterona analizados empregando ANOVA unidireccional para comparar grupos de recuperación control, HF e HF +. As probas de comparación múltiple de Bonferonni post-hoc usáronse para comparar as diferenzas entre pares entre grupos. O significado para estas probas foi establecido nun nivel alfa de p = .05.

Resultados

Os ratos tiveron acceso continuo á dieta control (control) ou á dieta rica en graxas ao 60% (HFD) ata as 12 semanas de idade. Ás 12 semanas de idade, a metade dos animais alimentados con HF colocáronse no chow da casa durante 4 semanas (recuperación de HF +). Tanto en machos como en femias, os animais con HFD (círculos) foron máis pesados ​​que os controis a partir das 9 semanas de idade (p <05) e mantivéronse máis pesados ​​que os controis durante todo o período de recuperaciónFigura complementaria 1).

Administráronse probas de preferencia de sacarina e sacarina para avaliar a resposta dos animais a estímulos naturales e non nutritivos. A preferencia por sacarina pero non a sacarina foi alterada despois da exposición á dieta de HF e volveu aos niveis normais despois da recuperación da HFD en homes e mulleres. ANOVA revelou unha preferencia na sacarosa e reduciuse significativamente nos homes (Fig. 1A) e tendeu a unha diminución das mulleres (Fig. 1B) despois da exposición á HFD (F (2,16) = 4.82, p <05; F (2,16) = 5.41, p <06, respectivamente). Despois da eliminación do HFD, este comportamento normalizouse e a preferencia de sacarosa xa non difería dos controis. A preferencia da sacarina non se alterou en ningún dos homes (Fig. 1C) ou femias (Fig. 1D) como resultado da exposición á HFD.

figura 1 

A preferencia de sacarosa, pero non a sacarina, vese alterada tras a exposición á dieta rica en graxas (HFD) e volve aos niveis de control despois da recuperación de HFD en homes e mulleres.

Debido a que a dopamina é un regulador clave do comportamento da recompensa, a expresión xénica relacionada coa dopamina foi examinada no circuíto de recompensa dunha cohorte separada de machos e femias despois das semanas 12 na HFD e nun grupo adicional despois da recuperación de semanas 4 da HFD. Táboa 1 resume os patróns de expresión xénica e a análise estatística na VTA, PFC e NAc. Na VTA, medíronse tres xenes importantes na regulación dos niveis de dopamina nos terminais sinápticos: catecolamina metil transferase (COMT) implicada na inactivación dos neurotransmisores de catecolamina; Transportador de dopamina (DAT), bomba de membrana que borra a dopamina da sinapse e a tirosina hidroxilase (TH), o encima que limita a velocidade para a síntese de dopamina. Os valores de cambio de pliegue para cada grupo determináronse usando controis de idade correspondentes (por exemplo, os dous puntos de tempo de control están definidos en 1 e, para maior claridade, só se mostra no control o gráfico de HFD). A proba t de Student (n = 5 / grupo) revelou no VTA masculino que o mRNA de COMT, DAT e TH diminuíron significativamente por exposición ao HFD (Fig 2A) e volveu ou superou os niveis de control despois dun período de recuperación fóra da dieta (recuperación HF +).

figura 2 

A dieta crónica con alto contido de graxa (HFD) e recuperación despois de HFD altera a expresión xénica relacionada coa dopamina en homes e mulleres
Táboa 1 

Resumo da expresión xénica e estatística en machos

No PFC e NAC examináronse xenes importantes para a sinalización de dopamina e o volume de negocio de dopamina (n = 5 / grupo): COMT; proteína fosfatase 1 subunidade reguladora 1B (DARPP-32), unha proteína de sinalización de fluxo baixo regulada pola estimulación do receptor; receptor de dopamina D1 (DRD1), un receptor acoplado á proteína G postsináptica que estimula a adenililciclase; e receptor de dopamina D2 (DRD2), un receptor acoplado á proteína G postsináptica que inhibe a adenililciclase. No PFC masculino (Fig. 2B), O DARPP-32 incrementouse, mentres que DRD1 e DRD2 diminuíron despois da exposición á HFD, e estes cambios persistiron tras a eliminación do HFD (aínda que o aumento do ARNm de DARPP-32 non foi estatisticamente fiable). No NAC masculinoFig. 2C), COMT, DRD1 e DRD2 diminuíron por exposición a HFD e permaneceron por baixo dos niveis de control tras a eliminación do HFD. Os niveis de DARPP-32 incrementáronse por HFD, pero diminuíron significativamente a partir dos controis despois das semanas 4 fóra da HFD.

As mesmas rexións e xenes cerebrais foron examinados en ratones femininos (n = 5 / grupo). Como se mostra en Táboa 2, houbo diferenzas significativas observadas no patrón de expresión xénica en resposta á DF, así como á recuperación da dieta. Similares aos machos, no VTA, os niveis de ARNm de COMT e TH foron significativamente diminuídos despois da exposición á HFD.Fig 2D). Non obstante, a diferenza dos machos, estes cambios persistiron tras a eliminación do HFD. Ademais, en oposición directa ao patrón observado nos machos, a exposición á HFD aumentou a expresión do ARNm DAT no VTA en mulleres e despois da eliminación dos niveis de HFD foron aínda máis baixos que os controis de idade. No PFC, só o DARPP-32 foi afectado pola HFD crónica, cun aumento significativo nos niveis de mRNA tras a HFD de semana 12 e un retorno aos niveis de control despois da eliminación do HFD. Tanto o ARNm de COMT como o de D1R diminuíron significativamente despois de que 4 semanas fóra da HFD. Na femia NAC, COMT, DRD1 e DRD2 diminuíron despois da exposición á HFD (Fig. 2F). DRD1 e DRD2 recuperáronse para controlar os niveis despois da eliminación da dieta, mentres que os niveis de COMT permanecían diminuídos significativamente despois da recuperación de 4wk.

Táboa 2 

Resumo de expresión xénica e estatística en femias

Dada a diminución consistente na expresión xénica dos xenes reguladores de dopamina no VTA, os metabólitos de dopamina e dopamina foron cuantificados en rexións que reciben proxeccións do VTA, o PFC e o NAC. figura 3 mostra a dopamina (DA) eo metabolito da dopamina (DOPAC) do PFC e do NAC nos machos (Fig. 3A, 3C) e femias (Fig. 3B, 3D). Nos machos, a exposición ao HFD produciu unha diminución dos niveis de dopamina en PFC (Fig. 3A) e NAC (Fig 3C) (F (2,13) ​​= 3.95; F (2,18) = 3.536, p <05), que se recuperou despois da eliminación da HFD só no NAC. A rotación de dopamina (proporción DOPAC: DA) aumentou en PFC masculino (F (2,12) = 3.85, p <05) e NAC (F (2,17) = 4.69, p <05). Pola contra, o efecto da HFD sobre DA e DOPAC nas femias foi cualitativamente diferente que nos homes. No PFC, HFD non afectou os niveis de DA ou DOPAC. No NAc, os niveis de DA diminuíron en animais alimentados con HFD e permaneceron diminuídos incluso despois da eliminación do HFD (Fig. 3D, F (2,23) = 4.79, p <05). Os niveis de DOPAC non cambiaron no NAc das mulleres, o que deu lugar a un aumento do volume de negocio DA (relación DOPAC: DA) (F (2,23) = 7.00, p <01).

figura 3 

Diminución dos niveis de dopamina en PFC e NAC tras HFD desde o nacemento e recuperación mixta despois da eliminación de HFD

Dado que a transcrición da DAT pode ser regulada por metilación diferencial do ADN e pola observación dunha notable diferenza de sexo na expresión de DAT no VTA, examinouse a metilación do ADN na rexión promotora de DAT. En Figura 4A, 4C A expresión do xene DAT no VTA é presentada de novo para maior claridade (extraída de Fig 2A e 2D). A metilación do promotor DAT aumentou significativamente nos machos (Fig. 4B) despois de HFD e volveu aos niveis de control en homes de recuperación de HFD + (F (2,11) = 23.64, p <.01). Nas femias, a metilación do promotor DAT tendía cara á diminución dos animais HFD (D) e diminuíu significativamente nas femias de recuperación de HFD + (Fig 5D, F (2,12) = 5.70, p <05).

figura 4 

Cambios no estado de metilación do ADN do promotor DAT cambios paralelos na expresión xénica no VTA

Para avaliar se a eliminación do HFD no período de recuperación era un factor de estrés, tomáronse os niveis basais de corticosterona plasmática (ug / dl), grupos de recuperación de HFD (12 semanas), recuperación HFD + 1wk e grupos de recuperación HFD + 4wk (n = 5 / grupo, Suplemento Fig. 2). A ANOVA dun xeito non revelou diferenzas significativas entre os grupos de animais machos (F (3,16) = 3.21, ns).

Conversa

O consumo crónico dunha dieta rica en graxas (HFD) comezou no inicio da vida para establecer a obesidade inducida pola dieta nos ratos. Os ratos mostraron unha diminución da preferencia de sacarosa e evidencias dun ton dopaminérgico reducido nas rexións recompensas do cerebro. Despois de que 4 semanas fóra da HFD, a preferencia de sacarosa se normalizou tanto en machos coma en femias, con todo, algúns cambios de expresión xénica de dopamina persistiron. Estes experimentos proporcionan importantes datos novos que describen o efecto da HFD crónica no sistema de recompensa cerebral, destacando a capacidade de recuperación e as diferenzas de sexo clave entre ratos machos e femias.

Nos animais alimentados con HFD, observouse unha diminución da preferencia na sacarosa, que se invertía tras un período de recuperación. Estes descubrimentos estenden o noso informe anterior sobre a ingesta de HFD conducindo a unha preferencia reducida de sacarosa (), demostrando que isto pode ocorrer cunha duración menor da exposición á HFD (semanas 12 versus semanas 22), e importante, que a resposta se recupera en ausencia de HFD. Os ratos femininos mostraron os mesmos patróns de resposta que os machos. Estes resultados son consistentes con outros da literatura que demostraron mediante a inclusión dun grupo de pares alimentados que a HFD crónica, e non a obesidade, atenúa a resposta para a sacarosa nunha tarefa operante (). Do mesmo xeito, no estudo actual, a preferencia de sacarosa recuperouse despois das semanas 4 fóra da HFD, mentres que o peso corporal permaneceu significativamente elevado, apoiando a conclusión de que a diminución da preferencia de sacarosa foi impulsada pola exposición á HFD e non a ganancia de peso corporal. Foi especialmente interesante que non houbese ningún cambio na preferencia sacarina. Isto pode indicar que a HFD crónica afecta diferencialmente a resposta a recompensas calóricas e non calóricas. Os efectos post-ingestivos demostraron influír na súa preferencia independientemente da palatabilidad, xa que se demostrou que a ingesta de sacarosa induce a liberación de dopamina en ratones eliminatorios de sabor "cego-doce" (), o valor nutricional é necesario para a recompensa e o reforzo () e as vías de detección metabólicas independentes do gusto definíronse na drosofila (). A sacarina é significativamente máis doce que a sacarosa, polo que se fixo un esforzo para establecer a equivalencia na dozura (normalmente 4-10x maior concentración de sacarosa ()) con todo, a preferencia xeral para a sacarina foi inferior á de sacarosa destes animais. Polo tanto, unha explicación alternativa pode ser que a HFD afectou diferencialmente a preferencia de sacarosa, xa que foi relativamente máis gratificante que a sacarina (recompensa de alto ou baixo valor), aínda que os animais aínda mostraron unha forte preferencia pola sacarina (prefe- a ~ 75 - 80% preferencia pola sacarosa).

En xeral, a expresión xenética dopaminérxica dentro do VTA, NAc e PFC diminuíu en ratos machos logo de HFD crónica. Estes resultados son consistentes con outros estudos que observaron diminución dos xenes relacionados coa dopamina en resposta á HFD (,,). En estudos de imaxe humana observáronse diminucións na expresión e función do receptor D2 de dopamina, ) e modelos de obesidade de roedores (, ). A diminución da sinalización de dopamina reduce a sensibilidade ás recompensas naturais e, polo tanto, pode facilitar o consumo excesivo de alimentos apetecibles e un aumento de peso (,). Ademais, sábese que a homeostase de dopamina interrompida pola expresión da superficie da DAT diminuíu aumenta o consumo de dieta rica en graxas). Unha excepción a este patrón foi observada con DARPP-32, unha fosfoproteína regulada por AMP e cíclica AMP, que se incrementou tras a HFD en NAc e PFC. DARPP-32 desempeña un papel fundamental na integración dunha variedade de respostas bioquímicas e de comportamento controladas pola dopamina. Pode que o aumento da regulación DARPP-32 sexa compensatorio en resposta á regulación crónica de D1R. Nun modelo semellante (12 wk HFD nos ratos), demostrouse que a regulación de D1R foi igualada por un aumento na fosforilación de DARPP-32 en NAc ().

Poucos estudos examinaron a capacidade de recuperación destes cambios tras a eliminación do HFD. Non obstante, en dous informes recentes, os cambios de expresión xénica e os defectos do sistema de recompensa persistiron tras un curto período de retirada (14 – 18d) (, ). En contraste, os estudos realizados en pacientes obesos antes e despois da cirurxía de derivación gástrica mostraron unha reversión dos cambios dopaminérgicos despois dun longo período de perda de peso.). Nos machos, o patrón de recuperación varía segundo a rexión cerebral. No VTA, as diminucións observadas en COMT, DAT e TH foron normalizadas coa eliminación do HFD. En contraste, todos os cambios de expresión xénica observados no NAc e PFC non se normalizaron. No estudo actual, a HFD crónica levou a un aumento significativo de peso e despois de 4 semanas fóra da dieta, os animais seguían sendo significativamente máis pesados ​​que os controis. Xa que logo, os cambios metabólicos e hormonais posteriores que acompañan á obesidade (por exemplo, aumento da leptina, adipocinas elevadas) seguían probablemente nas semanas 4 da dieta. Polo tanto, os cambios de expresión xénica que se normalizaron (por exemplo, na VTA) poden estar impulsados ​​principalmente pola HFD, mentres que os que se mantiveron (en NAc e PFC) poden estar máis ben unidos á obesidade. O mantemento da perda de peso mediante a dieta é característicamente baixo (con 67% () a 80% () dos pacientes que recuperan o peso perdido). Esta persistencia de cambios na expresión xénica nas rexións de recompensa podería ser importante para explicar en parte esta aparición común. Tamén é importante ter en conta que non é probable que os cambios comportamentais e de expresión xénica observados sexan debidos ao estrés asociado ao cambio de dietas, xa que non houbo cambios significativos nos niveis basais de corticosterona no plasma na HFD ou despois da recuperación de 1wk ou 4wk.

Descubríronse interesantes diferenzas sexuais, tanto na resposta á HFD crónica como na resposta á eliminación da dieta. As femias eran semellantes aos machos ao mostrar unha diminución global dos xenes relacionados coa dopamina que predicirían unha diminución da actividade da DA, especialmente no VTA e no NAc. Unha diferenza sexual significativa foi o aumento da expresión do ARNm DAT na VTA feminina despois da HFD. Esta diferenza de expresión xénica, xunto con descensos similares na expresión dos xenes TH en ambos sexos, suxerirían diferenzas significativas na neurotransmisión de dopamina dentro do NAc, tanto ao final da exposición á HFD como despois do período de recuperación. Unha maior apreciación pola importancia funcional destas diferenzas é un importante foco de investigación futura.

Ademais, mentres que a TCA e TH diminúen recuperadas no VTA masculino, estas diminucións persistiron nas femias despois de que 4-semana fóra da HFD. Aínda non se puido determinar se estas diferenzas poderían reverter cun tempo máis longo da dieta, pero apoia a conclusión de que as mulleres se recuperan, como mínimo, se se recuperan. Ademais, os cambios de expresión xénica de D1R e D2R en NAc e PFC foron bastante diferentes entre machos e femias. Nos machos, houbo un descenso xeral na expresión xénica en ambas rexións que persistiron en gran parte despois da eliminación da dieta. Nas femias, D1R e D2R diminuíron no NAc e logo recuperáronse, pero non houbo efecto da HFD nos receptores de dopamina en PFC. Nos estudos actuais, as femias sacrificáronse sen ter en conta o estro. Aínda que se sabe que algúns dos puntos finais observados varían ao longo do ciclo estro, as femias neste estudo non demostraron unha maior varianza entre os puntos finais, especialmente cando se compara co efecto das manipulacións da dieta.

Para complementar os resultados da expresión xénica, a dopamina medíase nas rexións de proxección primaria da VTA, é dicir, o PFC eo NAc. Os niveis de dopamina tendeu a cambios paralelos observados no ARNm de TH na VTA. No NAc dos machos e das femias, os niveis de DA diminuíron en resposta á dieta HFD; unha resposta que se recuperou en machos, pero non en femias. No PFC, os niveis de dopamina tamén diminuíron por HFD, con todo, non houbo recuperación da dieta no PFC. Ademais, as femias tiñan niveis máis baixos de dopamina no córtex prefrontal que os machos. As diferenzas de sexo na expresión e función DAT son ben coñecidas na literatura, e as femias demostran unha maior expresión DAT.) e función (), e estas diferenzas poden contribuír aos diferentes niveis de base de dopamina entre homes e mulleres. O exame da relación DOPAC: DA tamén é informativo. Un aumento desta proporción pode reflectir unha resposta compensatoria impulsada por diminucións na DA. A importancia funcional a longo prazo destes cambios no metabolismo da dopamina sería iluminada mediante a medición de cambios na liberación de dopamina in vivo microdiálise.

Ademais, estes datos identifican a regulación dinámica da metilación do ADN dentro do promotor do xene DAT, particularmente nos machos. Recentemente, demostramos que a expresión DAT pode ser regulada dinámicamente por metilación diferencial do ADN en resposta á HFD (), e que o aumento da metilación do promotor DAT se correlaciona cunha diminución da expresión xénica. Aquí identificamos a plasticidade desta resposta, xa que o aumento da metilación do ADN (e unha diminución da expresión do ARNm) visto nos machos reversa tras a eliminación do HFD. A regulación do xene epigenético, por exemplo a través de cambios na metilación do ADN, presenta un camiño polo cal os organismos poden adaptarse facilmente aos retos ambientais. As marcas epigenéticas pódense manter a través da vida útil (), e en células nai embrionarias cultivadas, observáronse os patróns reversibles e persistentes de metilación diferencial do ADN en resposta ás modificacións das condicións ambientais (). Estes datos son os primeiros en demostrar in vivo un patrón de metilación dinámica que cambia coa presenza ou ausencia dun desafío ambiental. Foi notable que este mesmo patrón non se observou nas femias. Aínda que a resposta inicial ao HFD era como se prevía (a diminución da metilación do ADN conducía ao aumento da expresión xénica), este patrón non se mantivo durante todo o período de recuperación. Isto suxire que a metilación do ADN ea expresión xénica poden desacoplarse durante as catro semanas fóra da HFD ou pode suxerir que o ARNm DAT está regulado por outros medios nas mulleres.

Nos machos, a preferencia de sacarosa, a expresión xénica relacionada coa DA na VTA e a dopamina no NAc seguen un patrón consistente de supresión en resposta á DFH crónica que se recupera despois da eliminación da dieta. Curiosamente, mentres que as respostas do comportamento á sacarosa son semellantes nas femias, tanto o patrón de expresión xénica como os niveis de dopamina NAc mostran unha falta de recuperación tras a eliminación do HFD. Os comportamentos relacionados coa recompensa están claramente influenciados por sistemas neurotransmisores adicionais como os opioides, e quizais nas mulleres, a resposta comportamental á sacarosa está máis fortemente asociada cos cambios nos opioides. En xeral, os datos actuais suxiren que as diferenzas sexuais tanto na resposta inicial á HFD como na recuperación despois da eliminación do HFD, en relación á expresión xénica relacionada coa dopamina, representan unha dirección importante para futuras investigacións dirixidas ao consumo crónico de un HFD afecta ao sistema de recompensa do cerebro. En particular, estes datos identifican unha plasticidade significativa na resposta dopaminérxica á HFD, o que suxire que mentres os efectos adversos do consumo crónico de HFD e / ou a obesidade son significativos, existe o potencial de recuperación.

O que xa se sabe sobre este tema

  • A expresión e función dos receptores de dopamina diminúen en pacientes obesos
  • A exposición crónica a unha dieta rica en graxas causa cambios nos xenes relacionados coa dopamina e recompensa o comportamento
  • A neurotransmisión de dopamina vese alterada en roedores obesos.

O que este manuscrito engade ao tema

  • Identificación de diferenzas sexuais na resposta do SNC a unha dieta rica en graxas.
  • Avaliación da plasticidade dos cambios dopaminérgicos tras a eliminación da dieta rica en graxas.
  • Identificación de cambios de metilación do ADN dinámicos en resposta á dieta rica en graxas

Material complementario

Grazas

Este traballo foi soportado polas seguintes subvencións: MH087978 (TMR), MH86599 (IL) e T32 GM008076 (JLC).

Notas ao pé

 

Declaración de conflitos de interese

Os autores non teñen conflitos por revelar.

 

References

1. Swinburn B, Sacks G, Ravussin E. O aumento da subministración de enerxía alimentaria é máis que suficiente para explicar a epidemia de obesidade de Estados Unidos. Am J Clin Nutr. 2009; 90: 1453-1456. [PubMed]
2. Fibiger HC, Phillips AG. Sistemas de dopamina mesocorticolímbicos e recompensa. Ann NY Acad Sci. 1988; 537: 206-215. [PubMed]
3. Hernández Luís, Hoebel Bartley G. Recompensa de alimentos e cocaína aumentan a dopamina extracelular nos núcleos Accumbens medidos por microdialisis. Ciencias da vida. 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. A activación de neuronas de dopamina mesolímbica durante o acceso limitado novidoso e diario a alimentos gustables está bloqueada polo antagonista dos opioides LY255582. Revista Americana de Fisioloxía - Fisioloxía Reguladora, Integrativa e Comparada. 2008 de agosto de 1; 295 (2): R463 – R471. [PubMed]
5. Stice E, Spoor S, Bohon C, DM pequeno. A relación entre obesidade e resposta estriada ao alimento é moderada polo alelo TaqIA A1. Ciencia. 2008; 322: 449-452. [Artigo gratuíto de PMC] [PubMed]
6. Noble EP, Blum K, Ritchie T, Montgomery A, Sheridan PJ. Asociación alélica da D2 xene do receptor de dopamina con características de unión ao receptor no alcoholismo. Arch Gen Psychiatr. 1991; 48: 648-654. [PubMed]
7. Chen PS, Yang YK, Yeh TL, Lee IH, Yao WJ, Chiu NT, et al. Correlación entre o índice de masa corporal e a dispoñibilidade do transportista de dopamina estriada en voluntarios sans - Un estudo de SPECT. Neuroimaxe. 2008; 40 (1): 275 – 279. [PubMed]
8. Necesita AC, Ahmadi KR, Spector TD, Goldstein DB. A obesidade está asociada con variantes xenéticas que alteran a dispoñibilidade da dopamina. Anais de xenética humana. 2006 Maio; 70 (Pt 3): 293 – 303. [PubMed]
9. Geiger BM, Frank LE, Caldera-siu AD, Stiles L, Pothos EN. Deficiencia de dopamina central en modelos de obesidade 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 na obesidade na dieta de ratas. Neurociencia. 2009 Abr 10; 159 (4): 1193 – 119. [Artigo gratuíto de PMC] [PubMed]
11. Jone cono, Robbins HA, Roitman JD, Roitman MF. O consumo dunha dieta rica en graxas afecta á liberación de dopamina fásica e á recaptura no núcleo accumbens. Apetito. 2010 Jun; 54 (3): 640.
12. Zucjena vucética, Carlin Jesselea, Totoki Kathy, Reyes Teresa M. Disregulación epigenética do sistema de dopamina na obesidade inducida por dieta. Journal of Neurochemistry. 2012 Xan 5; [Artigo gratuíto de PMC] [PubMed]
13. Alsiö J, PK Olszewski, AH Norbäck, ZEA Gunnarsson, Levine AS, Pickering C, Schiöth HB. A expresión xenética do receptor D1 de dopamina diminúe no núcleo Accumbens tras a exposición a longo prazo aos alimentos palatábeis e difire en función do fenotipo da obesidade inducida por dieta en ratas. Neurociencia. 2010 Dec 15; 171 (3): 779 – 787. [PubMed]
14. Johnson Paul M, Kenny Paul J. Receptores D2 de dopamina en disfunción de recompensa de tipo adicción e comida compulsiva en ratas obesas. Nature Neuroscience. 2010 Maio; 13 (5): 635 – 641. [Artigo gratuíto de PMC] [PubMed]
15. Huang Xu-Feng, Yu Yinghua, Zavitsanou Katerina, Han Mei, Storlien Len. A expresión diferencial do receptor D2 e D4 de dopamina e ARNm de tirosina hidroxilase en ratones propensos, ou resistentes, á obesidade crónica inducida por unha dieta rica en graxas. Investigación do cerebro molecular. 2005 Abr 27; 135 (1 – 2): 150 – 161. [PubMed]
16. Teegarden SL, Scott AN, Bale TL. A exposición precoz a unha dieta rica en graxas promove cambios a longo prazo nas preferencias alimentarias e na sinalización central da recompensa. Neurociencia. 2009 Sep 15; 162 (4): 924 – 932. [Artigo gratuíto de PMC] [PubMed]
17. Bouret SG. Papel das experiencias hormonais e nutricionais precoces na conformación do comportamento alimentario e do desenvolvemento hipotálamo. The Journal of Nutrition. 2010 Xan 1; [PubMed]
18. Z Vucetic, Kimmel J, Totoki K, Hollenbeck E, Reyes TM. A dieta materna de graxa alta modifica a metilación e a expresión xénica dos xenes relacionados coa dopamina e os opioides. Endocrinoloxía. 2010 Oct; 151 (10): 0000 – 0000. [Artigo gratuíto de PMC] [PubMed]
19. Reyes Teresa M, Walker John R, DeCino Casey, Hogenesch John B, Sawchenko Paul E. Os distorsores agudos distintos distorsionan categóricamente perfís transcricionais disímiles no núcleo paraventricular do hipotálamo. The Journal of Neuroscience: O Diario Oficial da Sociedade para a Neurociencia. 2003 xul 2; 23 (13): 5607 – 5616. [PubMed]
20. Cleck Jessica N, Ecke Laurel E, Blendy Julie A. Cambios na expresión endócrina e xénica tras a exposición forzada ao estrés durante a abstinencia de cocaína nos ratos. Psicofarmacoloxía. 2008 Nov; 201 (1): 15 – 28. [Artigo gratuíto de PMC] [PubMed]
21. Pfaffl MW. Un novo modelo matemático para a cuantificación relativa en tempo real rt-pcr. Resistencia ácidos nucleicos. 2001; 20: e45. [Artigo gratuíto de PMC] [PubMed]
22. Mayorga AJ, Dalvi A, Páxina ME, Zimov-Levinson S, Hen R, Lucki I. Efectos comportamentais antidepresivos en ratones mutantes do receptor 5-hidroxitriptamina (1A) e 5-hidroxitriptamina (1B). J Pharmacol Exp. 2001; 298: 1101-110. [PubMed]
23. Z Vucetic, Kimmel J, Reyes TM. A dieta crónica de alta graxa impulsa a regulación epigenética postnatal do receptor de opioides μ no cerebro. Neuropsicofarmacoloxía. 2011 doi: 10.1038 / npp.2011.4. publicación en liña avanzada 16 February 2011. [Artigo gratuíto de PMC] [PubMed] [Cruz Ref]
24. Davis JF, Tracy AL, Schurdak JD, Tschöp MH, Lipton JW, Clegg DJ, et al. A exposición a niveis elevados de graxa na dieta atenúa a recompensa por psicostimulantes e o volume de negocio de dopamina mesolímbica na rata. Behav Neurosci. 2008; 122 (6) [Artigo gratuíto de PMC] [PubMed]
25. de Araujo Ivan E, Oliveira-Maia Albino J, Sotnikova Tatiana D, Gainetdinov Raul R, Caron Marc G, Nicolelis Miguel AL, Simon Sidney A. Recompensa de alimentos en ausencia de sinalización do receptor de sabor. Neurona. 2008 Mar 27; 57 (6): 930 – 941. [PubMed]
26. Beeler Jeff A, McCutcheon James E, Cao Zhen FH, Mari Murakami, Alexander Erin, Roitman Mitchell F, Zhuang Xiaoxi. O sabor desconectado da nutrición non mantén as propiedades de reforzo dos alimentos. The European Journal of Neuroscience. 2012 agosto; 36 (4): 2533 – 2546. [Artigo gratuíto de PMC] [PubMed]
27. Dus Monica, Min SooHong, Keene Alex C, Lee Ga Young, Suh Greg SB. Detección independente do gusto do contido calórico do azucre en Drosophila. Actas da Academia Nacional de Ciencias dos Estados Unidos de América. 2011 xul 12; 108: 11644-11649. [Artigo gratuíto de PMC] [PubMed]
28. Wang Gene-Jack, Volkow Nora D, Logan Jean, Pappas NaomlR, Wong Christopher T, Zhu Wel, Netusll Noelwah, Fowler Joanna S. Dopamina e obesidade do cerebro. The Lancet. 2001; 357 (9253): 354 – 357. [PubMed]
29. Huang XF, Zavitsanou K, Huang X, Yu Y, Wang H, Chen F, et al. Densidades de unión ao transportista de dopamina e ao receptor D2 en ratos propensos ou resistentes á obesidade inducida por unha dieta rica en graxas. Behav Brain Res. 2006; 175 (2): 415 – 419. [PubMed]
30. Fortuna Jeffrey L. A epidemia de obesidade e a adicción aos alimentos: semellanzas clínicas coa dependencia de drogas. Journal of Psychoactive Drugs. 2012 Mar; 44 (1): 56 – 63. [PubMed]
31. Koob George F, Moal Michel Le. Dependencia e sistema antirretorno cerebral. Revisión Anual de Psicoloxía. 2008; 59: 29-53. [PubMed]
32. Speed ​​Nicole, Saunders Christine, Davis Adeola R, Anthony Owens W, Matthies Heinrich JG, Saadat Sanaz, Kennedy Jack P, et al. Deterioro da sinalización estrutal Akt interrompe a homeostase da dopamina e aumenta a alimentación. PLoS ONE. 2011 Sep 28; 6 (9) doi: 10.1371 / journal.pone.0025169. [Artigo gratuíto de PMC] [PubMed] [Cruz Ref]
33. Sharma S, Fulton S. A obesidade inducida por dieta promove un comportamento depresivo asociado a adaptacións neuronais no circuíto de recompensa cerebral. Xornal internacional de obesidade 2005. 2012 Abr 17; [PubMed]
34. Steele Kimberley E, Prokopowicz Gregory P, Schweitzer Michael A, Magunsuon Thomas H, Lidor Anne Ou, Kuwabawa Hiroto, Kumar Anil, Brasic James, Wong Dean F. Alteracións dos receptores de dopamina central antes e despois da cirurxía de bypass gástrico. Cirurxía da obesidade. 2009 Oct 29; 20 (3): 369 – 374. [PubMed]
35. Phelan Suzanne, Wing Rena R, Loria Catherine M, Kim Yongin, Lewis Cora E. Prevalencia e predictores do mantemento da perda de peso nunha cohorte biracial: resultados do desenvolvemento do risco da arteria coronaria en estudos novos. American Journal of Preventive Medicine. 2010 Dec; 39 (6): 546 – 554. [Artigo gratuíto de PMC] [PubMed]
36. Campo AE, Wing RR, Manson JE, Spiegelman DL, Willett WC. Relación dunha gran perda de peso con cambio de peso a longo prazo entre mulleres estadounidenses e medianas. Xornal Internacional de Obesidade e Trastornos Metabólicos Relacionados: Xornal da Asociación Internacional para o Estudo da Obesidade. 2001 agosto; 25 (8): 1113 – 1121. [PubMed]
37. Morissette M, Di Paolo T. Variacións do ciclo do sexo e estrous dos sitios de captación de dopamina estriatal de rato. Neuroendocrinoloxía. 1993 xullo; 58 (1): 16 – 22. [PubMed]
38. Bhatt Sandeep D, Dluzen Dean E. Diferencia entre a función do transportista de dopamina entre os ratos CD-1 masculinos e femininos. Brain Research. 2005 Feb 28; 1035 (2): 188 – 195. doi: 10.1016 / j.brainres.2004.12.013. [PubMed] [Cruz Ref]
39. Ollikainen Miina, Smith Katherine R, Joo Eric Ji-Hoon, Hong Kiat Ng, Andronikos Roberta, Novakovic Boris, et al. A análise da metilación do ADN de tecidos múltiples de xemelgos recén nacidos revela compoñentes xenéticos e intrauterinos á variación do epigenoma neonatal humano. Xenética molecular molecular. 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. Estabilidade, adaptabilidade e reversibilidade epigenéticas en células nai embrionarias humanas. Actas da Academia Nacional de Ciencias dos Estados Unidos de América. 2012 xul 31; 109 (31): 12544 – 12549. [Artigo gratuíto de PMC] [PubMed]