Апрятин Сергей Алексеевич – доктор биологических наук, научный сотрудник лаборатории нейробиологии и молекулярной фармакологии
199034, г. Санкт-Петербург, Университетская наб., 7–9, Россия
Sergey A. Apryatin – Dr. Sc. (Biol.), Research Officer at the Laboratory of Neurobiology and Molecular Pharmacology
Universitetskaya emb. 7–9, Saint Petersburg 199034, Russian Federation
Трусов Никита Вячеславович - научный сотрудник лаборатории энзимологии питания
109240, г. Москва, Устьинский пр-д, 2/14, Россия
Nikita V. Trusov – Research Officer at the Laboratory of Nutrition Enzymology
Ustyinskiy road 2/14, Moscow 109240, Russian Federation
Гмошинский Иван Всеволодович – доктор биологических науки, главный научный сотрудник лаборатории пищевой токсикологии и оценки безопасности нанотехнологий
109240, г. Москва, Устьинский пр-д, 2/14, Россия
Ivan V. Gmoshinski – Dr. Sc. (Biol.), Chief Research Officer at the Laboratory of Food Toxicology and Safety Assessment of Nanotechnologies
Ustyinskiy road 2/14, Moscow 109240, Russian Federation
Тутельян Виктор Александрович – доктор медицинских наук, профессор, академик РАН, научный руководитель; заведующий кафедрой гигиены питания и токсикологии
109240, г. Москва, Устьинский пр-д, 2/14, Россия
119991, г. Москва, ул. Трубецкая, 8, стр. 2, Россия
Victor A. Tutelyan – Dr. Sc. (Med.), Professor, Academician of the RAS, Scientific Advisor; Head of the Department of Food Hygiene and Toxicology
Ustyinskiy road 2/14, Moscow 109240, Russian Federation
Trubetskaya str. 8 building 2, Moscow 119991, Russian Federation
Обоснование. При разработке методов персонализированной диетотерапии ожирения актуальной задачей является изучение молекулярно-генетических особенностей его патогенеза с использованием экспериментальных моделей у лабораторных животных.
Цель исследования. Определение эффекторных звеньев метаболизма при ожирении на основе сравнительного анализа полнотранскриптомных профилей ткани печени мышей и крыс различных линий.
Методы. Проведён сравнительный анализ изменений транскриптома печени крыс и мышей, получавших рационы с избыточной калорийностью и липогенным действием. Данные полнотранскриптомного профилирования с использованием технологии ДНК-микрочипов были представлены ранее в 8 публикациях.
Результаты. У мышей трёх линий, получавших высокоуглеводный высокожировой рацион (ВУВЖР), выявлена достоверная дифференциальная экспрессия (ДЭ) 1849 генов, из которых 74 совместно ответили как минимум в двух группах животных. У крыс линий Wistar и Zuckerfa на потребление ВУВЖР ответили 2109 генов, из них 242 – в двух группах животных совместно. Для грызунов, различающихся по генетической предрасположенности к развитию диет-индуцированного ожирения, были определены группы генов, ответивших противоположной по знаку ДЭ (в зависимости от генотипа) в ответ на потребление ВУВЖР. Биоинформатический анализ позволил установить наличие у крыс 43, а у мышей – 77 метаболических путей, являющихся мишенями воздействия применяемых экспериментальных рационов. Из них 4 – путь обмена ретиноидов, сопряжённый с ним PPAR-сигнальный путь, метаболизм ксенобиотиков и метаболизм лекарственных препаратов под действием системы цитохрома P450 – ответили у всех групп животных (за исключением самок мышей). Показана важная роль экспрессии гена Tat, кодирующего тирозинаминотрансферазу, в модуляции синтеза биогенных аминов при диет-индуцированном ожирении, что, возможно, является новой нейрометаболической регуляторной функцией печени в ответ на потребление высококалорийных рационов.
Заключение. Анализ результатов полнотранскриптомных исследований показал, что в пределах каждого изученного вида (Rattus rattus и Mus domesticus) и пола животных можно выявить ряд генетических вариантов с большей или меньшей склонностью к развитию фенотипа диет-индуцированного ожирения; при этом в пределах каждого из этих вариантов отмечается во многом сходный характер ответа эффекторных звеньев метаболизма на потребление гиперкалорийного рациона. Эта закономерность создаёт новые перспективы для трансляции результатов транскриптомных и метаболомных исследований на лабораторных животных в клиническую практику для обоснования новых подходов к персонализированной диетотерапии алиментарно-зависимых заболеваний у пациентов, различающихся по генетической предрасположенности к ожирению.
Background. When developing methods for personalized diet therapy of obesity, an urgent task is to study the molecular genetics features of the obesity pathogenesis using in vivo experimental models in laboratory animals.
The aim. To determine metabolism effector links in obesity based on a comparative analysis of full-transcriptome profiles of the liver tissue of mice and rats of various strains.
Materials and methods. We carried out a comparative analysis of the changes in liver transcriptome in rats and mice fed with diets of excessive energy value and exerting lipogenic effect. Data of full-transcriptome profiling using DNA microarray technology have been presented previously in 8 publications.
Results. In three strains of mice treated with a high-carbohydrate high-fat diet (HCHFD), a significant differential expression (DE) of 1849 genes was revealed, of which 74 genes responded jointly in at least two groups of animals. In Wistar and Zuckerfa rats, 2109 genes responded to the consumption of HCHFD, of which 242 genes responded jointly in two groups of animals. For rodents different in genetic predisposition to the development of diet-induced obesity, the groups of genes that responded with the opposite sign of DE (depending on the genotype) in reaction to the consumption of HCHFD were identified. Bioinformatical analysis allowed establishing the presence of 43 metabolic pathways, which are targeted for the applied experimental diets exposure, in rats and 77 pathways – in mice. Four of these pathways – the pathway of retinoid metabolism, PPAR signaling pathway associated with it the previous one, xenobiotics metabolism and drugs metabolism mediated by cytochrome P450 system – responded in all groups of animals (except for female mice). The importance of the expression of Tat gene encoding tyrosine aminotransferase in the modulation of biogenic amines synthesis in diet-induced obesity was shown, which may represent a new neurometabolic regulatory function of the liver in response to the consumption of high-calorie diets.
Conclusion. The analysis of the results of full-transcriptome studies showed that within each studied species (Rattus rattus and Mus domesticus) and animal sex, a number of genetic variants with a greater or lesser predisposition to the development of diet-induced obesity phenotype can be identified; and at the same time, within these variants, there is a largely similar pattern in the response of metabolism effector links to hypercaloric dietary intake. This pattern creates new prospects for translating the results of transcriptomic and metabolomic studies of laboratory animals into clinical practice in order to substantiate new approaches to personalized diet therapy of alimentary dependent diseases in patients with different genetic predisposition to obesity.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.