Het darmmicrobioom van muizen raakt binnen 24 uur gestrest als ze een vetrijk dieet krijgen

Het darmmicrobioom van muizen raakt binnen 24 uur gestrest als ze een vetrijk dieet krijgen

Dat blijkt uit een onderzoek dat onlangs in het tijdschrift is gepubliceerd Celrapporten Onderzoekers in Cincinnati, VS, onderzochten de effecten van een verandering in het voedingspatroon naar een vetrijk dieet (HFD) op de darmen.

Een significante verandering in het dieet in de loop van de tijd kan het metabolisme en de fysiologie beïnvloeden. In de Verenigde Staten kan een onbalans in calorieën een factor zijn die bijdraagt ​​aan obesitas. Van 1999 tot 2018 is het aantal mensen dat aan obesitas lijdt gestegen van 30,5% naar 42,4%, terwijl stofwisselingsziekten zoals lipidenstoornissen en diabetes zijn gestegen van 25,3% naar 34,2%. Het is bekend dat veranderingen in het voedingspatroon op de lange termijn zwaarlijvigheid en stofwisselingsziekten kunnen veroorzaken, maar het is niet duidelijk hoe snel veranderingen in het voedingspatroon tot veranderingen in het lichaam kunnen leiden.

Leren: Het veranderen van uw dieet naar een vetrijk dieet zorgt voor een snelle aanpassing van de darmen. Fotocredit: Alexei Logvinovich / Shutterstock

Over studeren

In de huidige studie evalueerden onderzoekers de reactie van darmepitheelcellen op een HFD met behulp van fysiologische metingen en single-cell transcriptomics.

Het team gebruikte indirecte calorimetrie om volwassen wildtype muizen te bestuderen die gedurende zeven dagen regulier voer kregen of overschakelden op een HFD en de effecten beoordeelden. Eerst werd de hoeveelheid verbruikte zuurstof (VO2) geschat, samen met de uitademing van koolstofdioxide (VCO2), om de respiratoire uitwisselingsratio (RER) te berekenen, die de primaire brandstofbron aangaf die het lichaam metaboliseert. Het team heeft ook de totale energie gemeten die nodig is voor homeostase, het energieverbruik (EE).

Het team onderzocht ook of een adaptieve reactie in de proximale darm op acute HFD deze metabolische veranderingen door het hele lichaam veroorzaakte. Darmproliferatie, samen met de diepte van de crypte en de hoogte van de villus, werd na één, drie of zeven dagen op een HFD onderzocht. Eencellige ribonucleïnezuursequencing (scRNA-seq) werd ook op alle tijdstippen uitgevoerd op duodenale en jejunale epitheelcellen van volwassen muizen. Na het controleren en filteren van de kwaliteit van de cellen combineerde het team de datasets van cellen verkregen van muizen die regulier voer consumeerden en van muizen die gedurende één, drie of zeven dagen HFD kregen. De normale voedingscellen werden gebruikt als referentiegegevensset.

Het team analyseerde verder hoe elk celcluster reageerde op HFD met behulp van differentiële genexpressieanalyse. De transcriptionele signatuur geassocieerd met het glutamaat/glutamine-metabolisme werd ook beoordeeld met behulp van genen uit de Molecular Signatures Database (MSigDB).

Resultaten

Binnen de eerste dag van HFD-voeding daalden de RER-waarden van ongeveer 0,9 naar 0,8, en deze verschillen bleven in de loop van de tijd behouden. Op de eerste dag nam de EE toe van ongeveer 0,2 tot 0,5 kcal/min tot bijna 0,4 tot 0,6 kcal/min. Er waren geen significante verschillen in de hoeveelheid verbruikt water of loopbewegingen in de loop van zeven dagen. Muizen die een HFD kregen, werden vanaf de eerste dag zwaarder en vertoonden ook een hogere energie-inname. Na één dag een HFD te hebben geconsumeerd, toonden deze resultaten aan dat het metabolisme van de muizen door hun hele lichaam veranderde en dat er mogelijk ook veranderingen in hun darmen hebben plaatsgevonden.

E-boek antilichamen

Compilatie van de beste interviews, artikelen en nieuws van het afgelopen jaar. Download een gratis exemplaar

Er was een toename in de inname van EdU (5-ethynyl-2′-deoxyuridine) na 1 dag HFD-consumptie. De diepte van de darmcrypten of de hoogte van de villi veranderde echter niet. Het team beoordeelde ook eventuele veranderingen in de celdood in de darm met behulp van gesplitste caspase-3-kleuring samen met terminale deoxynucleotidyltransferase-deoxyuridinetrifosfaat-nick-end-labeling (TUNEL)-kleuring en vond geen verschillen op een van de beoordeelde tijdstippen. Deze resultaten toonden aan dat de HFD binnen een dag een proliferatieve respons veroorzaakte, maar dit veranderde de grootte van het darmoppervlak in de loop van een week niet. Bovendien werden alle verwachte celtypen zoals EEC, enterocyten, enterocyt-voorlopercellen (EP's), bekercellen, Paneth-cellen, secretoire voorlopercellen (SP's), plukjes en stam/vroege transit-amplificatiezone (TA)-cellen geïdentificeerd.

Analyse van transcriptionele veranderingen geïnduceerd door HFD werd uitgevoerd met behulp van Biological Process Gene Ontology Terms (GO-Terms), waaruit bleek dat genen voor vetzuurmetabolische routes in verschillende celtypen hogere expressieniveaus hadden na slechts 1 dag HFD. Dit suggereert dat het darmepitheel zich heeft afgewend van het algemeen gebruikte glutamine/glutamaatmetabolisme. Onmiddellijke downregulatie werd ook waargenomen na 1 dag HFD. Genenverrijkingsanalyse (GSEA) toonde aan dat de meeste epitheelcellen genen hadden opgereguleerd die het vetzuurmetabolisme mogelijk maakten, zoals blijkt uit genormaliseerde verrijkingswaarden (NES's). Concreet namen de NES's gerelateerd aan het vetzuurmetabolisme toe na één en drie dagen HFD. Dit suggereerde dat de stofwisseling van het lichaam snel reageerde op de toename van luminaal vet. Na zeven dagen was de NES van het vetzuurmetabolisme afgenomen, wat aangeeft dat enterocyten zich hadden aangepast aan de verandering naar HFD.

Na 1 dag op een HFD was er sprake van opregulatie van stressgerelateerde genen voor alle epitheelcelpopulaties. Op basis van de scRNA-seq-gegevens vertoonden stam/vroege TA samen met Paneth-cellen de neiging dramatische veranderingen in genexpressie te vertonen als reactie op cellulaire stress. Er werd gevonden dat de stam/vroege TA-subgroep de heat shock-eiwitgenen opreguleerde en dat GSEA de ongevouwen eiwitresponsgenen (UPR) opreguleerde. Dit toonde aan dat stam-/vroege TA-cellen reageren op HFD met een onmiddellijke stressreactie.

Deze studie demonstreerde een veelzijdige aanpak om te beoordelen hoe dieren reageren op veranderingen in het voedingspatroon door het metabolisme van het hele lichaam, de weefselfunctie, de morfologie en de transcriptomics van één cel te beoordelen. Functionele en transcriptionele analyses toonden aan dat alle soorten darmepitheelcellen binnen 24 uur veranderd waren. Bovendien was binnen een week het darmepitheel aangepast om de vetopname te maximaliseren. De plasticiteit van de darmwand is misschien geëvolueerd in tijden van schaarste aan voedingsstoffen, maar kan nu in verband worden gebracht met zwaarlijvigheid, stofwisselingsziekten en ontstekingen in tijden van overmaat aan voedingsstoffen.

Referentie:

• Jacob R. Enriquez, Heather A. McCauley, Kevin X. Zhang, J. Guillermo Sanchez, Gregory T. Kalin, Richard A. Lang, James M. Wells, A diätetische Umstellung auf eine fettreiche Ernährung initiiert eine schnelle Anpassung der intestinal, Cell Reports, Band 41, Heft 7, 2022, 111641, ISSN 2211-1247, DOI: https://doi.org/10.1016/j.celrep.2022.111641, https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211124722015121

.