БИОХИМИЯ, 2021, том 86, вып. 5, с. 619–628

УДК 577.152.311

Влияние диеты с высоким содержанием сахарозы на уровни мРНК элонгаз и десатураз и активность этих белков в жировой ткани крысы

© 2021 Я. Драг 1*jagoda.drag@uj.edu.pl, М. Кнапик-Чайка 1, А. Гаведзка 1, И. Гдула-Аргасинска 2, Е. Яцкевич 1

1 Department of Biochemical Analytics, Faculty of Pharmacy, Jagiellonian University Medical College, 30-688 Krakow, Poland

2 Department of Radioligands, Faculty of Pharmacy, Jagiellonian University Medical College, 30-688 Krakow, Poland

Поступила в редакцию 07.10.2020
После доработки 09.02.2021
Принята к публикации 09.02.2021

DOI: 10.31857/S0320972521050018

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: элонгазы, десатуразы, жирные кислоты, диета с высоким содержанием сахарозы, жировая ткань.

Аннотация

В жировой ткани (AT) структура жирных кислот (FA) может подвергаться изменениям в результатедействия элонгаз и десатураз. Регуляция активности этих ферментов обеспечивается различными факторами, в том числе питательными веществами. Целью исследования была оценка влияния диеты с высоким содержанием сахарозы (HSD; 68% сахароза) на уровни мРНК элонгаз (Elovl2, Elovl5, Elovl6) и десатураз (Fads1, Fads2, Scd) и определение активности соответствующих белков в AT крыс. Самцы крыс линии Wistar были случайным образом разбиты на две группы. В первой группе (HSD) их кормили пищей с высоким содержанием сахарозы, а в другой они получали стандартный пищевой рацион (ST). Уровни мРНК определяли с помощью метода полуколичественной ПЦР с обратной транскриптазой. Состав FA анализировали с помощью газовой хроматографии, и соотношения FA использовали для оценки активности ферментов. У крыс из группы HSD уровни мРНК для Elovl5, Elovl6, Fads1 и Scd были выше, а уровень мРНК Fads2 ниже, чем в группе ST. Повышенные уровни мРНК для Elovl5 и Elovl6 соответствовали относительно более высокой активности этих ферментов, в то время как снижение уровня мРНК Fads2 ассоциировалось с пониженной активностью этой десатуразы. Напротив, повышение уровня мРНК Scd сопровождалось снижением активности соответствующего фермента. В АТ крыс группы HSD было обнаружено меньше мононенасыщенных FA, чем в группе ST. Выявлены различия в составе индивидуальных FA между группами. Это исследование поддерживает идею о том, что регуляция уровней мРНК и активности как элонгаз, так и десатураз играет важную роль в формировании липидного состава AT в ответ на изменения в пищевом рационе.

Текст статьи

Пожалуйста, введите код, чтобы получить PDF файл с полным текстом статьи:

captcha

Сноски

* Адресат для корреспонденции.

Благодарности

Авторы выражают благодарность Катаржине Вадовской и Анне Цихон за прекрасную техническую поддержку.

Вклад авторов

Я. Драг и Е. Яцкевич задумали и спланировали эксперименты. Я. Драг, И. Гдула-Аргасинска и М. Кнапик-Чайка провели эксперименты. Я. Драг провела эксперименты на животных. Я. Драг, М. Кнапик-Чайка и А. Гаведзка проанализировали полученные данные. Я. Драг и М. Кнапик-Чайка написали статью. Все авторы прочли и одобрили окончательный вариант статьи.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Соблюдение этических норм

Все процедуры с лабораторными животными были выполнены в соответствии с этическими стандартами института, где было выполнено настоящее исследование (комитет по работе с животными, комитет по этике Ягеллонского университета, 19.11.2009, № 116/2009).

Список литературы

1. Jurešić, G. Č., Percan, K., and Broznić, D. (2016) Effect of dietary fatty acid variation on mice adipose tissue lipid content and phospholipid composition, Croat. J. Food Technol. Biotechnol. Nutr., 11, 128-137.

2. Beylot, M. (2007) Metabolism of white adipose tissue, in Adipose Tissue And Adipokines In Health And Disease (Fantuzzi, G., and Mazzone, T., ed.) Totowa, pp. 21-35, doi: 10.1007/978-1-59745-370-7_2.

3. Kunešová, M., Hlavatý, P., Tvrzická, E., Staňková, B., Kalousková, P., et al. (2012) Fatty acid composition of adipose tissue triglycerides after weight loss and weight maintenance: the DIOGENES study, Physiol. Res., 61, 597-607, doi: 10.33549/physiolres.932414.

4. Wang, Y., Botolin, D., Xu, J., Christian, B., Mitchell, E., et al. (2006) Regulation of hepatic fatty acid elongase and desaturase expression in diabetes and obesity, J. Lipid Res., 47, 2028-2041, doi: 10.1194/jlr.M600177-JLR200.

5. Guillou, H., Zadravec, D., Martin, P. G. P., and Jacobsson, A. (2010) The key roles of elongases and desaturases in mammalian fatty acid metabolism: Insights from transgenic mice, Prog. Lipid Res., 49, 186-199, doi: 10.1016/j.plipres.2009.12.002.

6. Kihara, A. (2012) Very long-chain fatty acids: elongation, physiology and related disorders, J. Biochem., 152, 387-395, doi: 10.1093/jb/mvs105.

7. Moon, Y.-A., Hammer, R. E., and Horton, J. D. (2009) Deletion of ELOVL5 leads to fatty liver through activation of SREBP-1c in mice, J. Lipid Res., 50, 412-423, doi: 10.1194/jlr.M800383-JLR200.

8. Tripathy, S., Lytle, K. A., Stevens, R. D., Bain, J. R., Newgard, C. B., et al. (2014) Fatty acid elongase-5 (Elovl5) regulates hepatic triglyceride catabolism in obese C57BL/6J mice, J. Lipid Res., 55, 1448-1464, doi: 10.1194/jlr.M050062.

9. Zhang, J. Y., Kothapalli, K. S. D., and Brenna, J. T. (2016) Desaturase and elongase-limiting endogenous long-chain polyunsaturated fatty acid biosynthesis, Curr. Opin. Clin. Nutr. Metab. Care, 19, 103-110, doi: 10.1097/MCO.0000000000000254.

10. ALJohani, A. M., Syed, D. M., and Ntambi, J. M. (2017) Insights into stearoyl-CoA desaturase-1 regulation of systemic metabolism, Trends Endocrinol. Metab., 28, 831-842, doi: 10.1016/j.tem.2017.10.003.

11. Paton, C. M., and Ntambi, J. M. (2009) Biochemical and physiological function of stearoyl-CoA desaturase, Am. J. Physiol. Endocrinol. Metab., 297, 28-37, doi: 10.1152/ajpendo.90897.2008.

12. Dentin, R., Denechaud, P. D., Benhamed, F., Girard, J., and Postic, C. (2006) Hepatic gene regulation by glucose and polyunsaturated fatty acids: a role for ChREBP, J. Nutr., 136, 1145-1149, doi: 10.1093/jn/136.5.1145.

13. Ma, L., Robinson, L. N., and Towle, H. C. (2006) ChREBP·Mlx is the principal mediator of glucose-induced gene expression in the liver, J. Biol. Chem., 281, 28721-28730, doi: 10.1074/jbc.M601576200.

14. Wang, Y., Botolin, D., Christian, B., Busik, J., Xu, J., and Jump, D. B. (2005) Tissue-specific, nutritional, and developmental regulation of rat fatty acid elongases, J. Lipid Res., 46, 706-715, doi: 10.1194/jlr.M400335-JLR200.

15. Mitro, N., Mak, P. A., Vargas, L., Godio, C., Hampton, E., et al. (2007) The nuclear receptor LXR is a glucose sensor, Nature, 445, 219-223, doi: 10.1038/nature05449.

16. Qin, Y., Dalen, K. T., Gustafsson, J. Å., and Nebb, H. I. (2009) Regulation of hepatic fatty acid elongase 5 by LXRα-SREBP-1c, Biochim. Biophys. Acta Mol. Cell Biol. Lipids, 1791, 140-147, doi: 10.1016/j.bbalip.2008.12.003.

17. Jazurek, M., Dobrzyń, P., and Dobrzyń, A. (2008) Regulation of gene expression by long-chain fatty acids, Postepy Biochem., 54, 242-250.

18. Ntambi, J. M. (1992) Dietary regulation of stearoyl-CoA desaturase 1 gene expression in mouse liver, J. Biol. Chem., 267, 10925-10930, doi: 10.1016/S0021-9258(19)50107-7.

19. Folch, J., Lees, M., and Sloane Stanley, G. H. (1957) A simple method for the isolation and purification of total lipides from animal tissues, J. Biol. Chem., 226, 497-509.

20. Metcalfe, L. D., and Schmitz, A. A. (1961) The rapid preparation of fatty acid esters for gas chromatographic analysis, Anal. Chem., 33, 363-364, doi: 10.1021/ac60171a016.

21. Chaves Das Neves, H. J., and Vasconcelos, A. M. (1987) Capillary gas chromatography of amino acids, including asparagine and glutamine: sensitive gas chromatographic-mass spectrometric and selected ion monitoring gas chromatographic-mass spectrometric detection of the N,O(S)-tert.-butyldimethylsilyl derivativ, J. Chromatogr., 392, 249-258.

22. Li, Y., and Watkins, B. A. (1998) Conjugated linoleic acids alter bone fatty acid composition and reduce ex vivo prostaglandin E 2 biosynthesis in rats fed n-6 or n-3fatty acids, Lipids, 33, 417-425, doi: 10.1007/s11745-998-0223-9.

23. Cedernaes, J., Alsiö, J., Västermark, Å., Risérus, U., and Schiöth, H. B. (2013) Adipose tissue stearoyl-CoA desaturase 1 index is increased and linoleic acid is decreased in obesity-prone rats fed a high-fat diet, Lipids Health Dis., 12, 2, doi: 10.1186/1476-511X-12-2.

24. Harding, S. V., Bateman, K. P., Kennedy, B. P., Rideout, T. C., and Jones, P. J. H. (2015) Desaturation index versus isotopically measured de novo lipogenesis as an indicator of acute systemic lipogenesis, BMC Res. Notes, 8, 49, doi: 10.1186/s13104-015-1016-0.

25. Gastaldelli, A., Gaggini, M., and DeFronzo, R. A. (2017) Role of adipose tissue insulin resistance in the natural history of type 2 diabetes: results from the San Antonio metabolism study, Diabetes, 66, 815-822, doi: 10.2337/db16-1167.

26. Govers, R. (2014) Molecular mechanisms of GLUT4 regulation in adipocytes, Diabetes Metab., 40, 400-410, doi: 10.1016/J.DIABET.2014.01.005.

27. Beaven, S. W. W., Matveyenko, A., Wroblewski, K., Chao, L., Wilpitz, D., et al. (2013) Reciprocal regulation of hepatic and adipose lipogenesis by liver X receptors in obesity and insulin resistance, Cell Metab., 18, 106-117, doi: 10.1016/j.cmet.2013.04.021.

28. Herman, M. A., Peroni, O. D., Villoria, J., Schön, M. R., Abumrad, N. A., et al. (2012) A novel ChREBP isoform in adipose tissue regulates systemic glucose metabolism, Nature, 484, 333-338, doi: 10.1038/nature10986.

29. Hua, Z. G., Xiong, L. J., Yan, C., Wei, D. H., Ying Pai, Z., et al. (2016) Glucose and insulin stimulate lipogenesis in porcine adipocytes: dissimilar and identical regulation pathway for key transcription factors, Mol. Cells, 39, 797-806, doi: 10.14348/molcells.2016.0144.

30. Nuotio-Antar, A. M., Poungvarin, N., Li, M., Schupp, M., Mohammad, M., et al. (2015) FABP4-Cre mediated expression of constitutively active ChREBP protects against obesity, fatty liver, and insulin resistance, Endocrinology, 156, 4020-4032, doi: 10.1210/en.2015-1210.

31. Song, Z., Xiaoli, A. M., and Yang, F. (2018) Regulation and metabolic significance of de novo lipogenesis in adipose tissues, Nutrients, 10, 1383, doi: 10.3390/nu10101383.

32. Tan, Z., Du, J., Shen, L., Liu, C., Ma, J., et al. (2017) MiR-199a-3p affects adipocytes differentiation and fatty acid composition through targeting SCD, Biochem. Biophys. Res. Commun., 492, 82-88, doi: 10.1016/j.bbrc.2017.08.030.

33. De Castro, J.P.W., Blandino-Rosano, M., and Bernal-Mizrachi, E. (2018) The microRNA 199a family is regulated by glucose levels in pancreatic beta cells, Diabetes, 67, 2170, doi: 10.2337/db18-2170-P.

34. Li, Y. B., Wu, Q., Liu, J., Fan, Y. Z., Yu, K. F., and Cai, Y. (2017) miR-199a-3p is involved in the pathogenesis and progression of diabetic neuropathy through downregulation of SerpinE2, Mol. Med. Rep., 16, 2417-2424, doi: 10.3892/mmr.2017.6874.

35. Flowers, M. T., Ade, L., Strable, M. S., and Ntambi, J. M. (2012) Combined deletion of SCD1 from adipose tissue and liver does not protect mice from obesity, J. Lipid Res., 53, 1646-1653, doi: 10.1194/jlr.M027508.

36. Dragos, S. M., Bergeron, K. F., Desmarais, F., Suitor, K., Wright, D. C., et al. (2017) Reduced SCD1 activity alters markers of fatty acid reesterification, glyceroneogenesis, and lipolysis in murine white adipose tissue and 3T3-L1 adipocytes, Am. J. Physiol. Cell Physiol., 313, 295-304, doi: 10.1152/ajpcell.00097.2017.

37. Soriguer, F., Moreno, F., Rojo-Martínez, G., García-Fuentes, E., Tinahones, F., et al. (2003) Monounsaturated n-9 fatty acids and adipocyte lipolysis in rats, Br. J. Nutr., 90, 1015-1022, doi: 10.1079/BJN2003993.

38. Cruz, M. M., Lopes, A. B., Crisma, A. R., De Sá, R. C. C., Kuwabara, W. M. T., et al. (2018) Palmitoleic acid (16 : 1 n7) increases oxygen consumption, fatty acid oxidation and ATP content in white adipocytes, Lipids Heal. Dis., 17, 55, doi: 10.1186/s12944-018-0710-z.

39. Ntambi, J. M., Miyazaki, M., Stoehr, J. P., Lan, H., Kendziorski, C. M., et al. (2002) Loss of stearoyl-CoA desaturase-1 function protects mice against adiposity, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 99, 11482-11486, doi: 10.1073/pnas.132384699.

40. Tripathy, S., Torres-Gonzalez, M., and Jump, D. B. (2010) Elevated hepatic fatty acid elongase-5 activity corrects dietary fat-induced hyperglycemia in obese BL/6J mice, J. Lipid Res., 51, 2642-2654, doi: 10.1194/jlr.M006080.

41. Steffensen, K. R., and Gustafsson, J. A. (2004) Putative metabolic effects of the liver X receptor (LXR), Diabetes, 53, Suppl. 1, 36-42, doi: 10.2337/diabetes.53.2007.s36.

42. Drąg, J., Goździalska, A., Knapik-Czajka, M., Gawędzka, A., Gawlik, K., and Jaśkiewicz, J. (2017) Effect of high carbohydrate diet on elongase and desaturase activity and accompanying gene expression in rat’s liver, Genes Nutr., 12, 2, doi: 10.1186/s12263-017-0551-9.

43. Kanazawa, M., Xue, C. Y., Kageyama, H., Suzuki, E., Ito, R., et al. (2003) Effects of a high-sucrose diet on body weight, plasma triglycerides, and stress tolerance, Nutr. Rev., 61, 27-33, doi: 10.1301/nr.2003.may.s27-s33.

44. Xue, C. Y., Kageyama, H., Kashiba, M., Kobayashi, A., Osaka, T., et al. (2001) Different origin of hypertriglyceridemia induced by a high-fat and a high-sucrose diet in ventromedial hypothalamic-lesioned obese and normal rats, Int. J. Obes., 25, 434-438, doi: 10.1038/sj.ijo.0801548.

45. Huang, W., Dedousis, N., and O’Doherty, R. M. (2007) Hepatic steatosis and plasma dyslipidemia induced by a high-sucrose diet are corrected by an acute leptin infusion, J. Appl. Physiol., 102, 2260-2265, doi: 10.1152/japplphysiol.01449.2006.

46. Feng, R., Du, S., Chen, Y., Zheng, S., Zhang, W., et al. (2015) High carbohydrate intake from starchy foods is positively associated with metabolic disorders: a Cohort Study from a Chinese population, Sci. Rep., 5, 16919, doi: 10.1038/srep16919.