Μελέτη της επίδρασης της εμβρυϊκής υπολειπόμενης αύξησης στην πρωτεϊνική έκφραση στον εγκέφαλο νεογνών επίμυων

Abstract

Introduction: Fetal growth restriction (FGR) has been associated with a higher risk of developing adverse perinatal outcomes and distinct neurodevelopmental and neurobehavioral disorders. The aim of the present study was to investigate the impact of prenatal food restriction on the brain proteome in both FGR and appropriately grown rats and to identify potential pathways connecting maternal malnutrition with altered brain development.Materials and Methods: Ten time-dated pregnant Wistar rats were housed individually at their 12th day of gestation. On the 15th day of gestation, the rats were randomly divided into two groups, namely the food restricted one (n = 6) and the control group (n = 4). From days 15 to 21 the control group had unlimited access to food and the food restricted group was given half the amount of food that was on average consumed by the control group, based on measurements taken place the day before. On the 21st day of gestation, all rats delivered spontaneously and after birth all newborn pups of the food restricted group were weighed and matched as appropriately grown (non-FGR) or growth restricted (FGR) and brain tissues were immediately collected. A multiplex experiment was performed analyzing brain tissues from 4 FGR, 4 non-FGR and 3 control male offspring. Differentially expressed proteins (DEPs) were subjected to bioinformatics analysis in order to identify over-represented processes.Results: Proteomic analysis resulted in the profiling of 3,964 proteins. Gene ontology analysis of the common DEPs using DAVID (https://david.ncifcrf.gov/) showed significant enrichment for terms related to cellular morphology, learning, memory and positive regulation of NF- kappaB signalling. Ingenuity Pathway Analysis showed significant induction of inflammation in FGR pups, whereas significant induction of cell migration and cell spreading were observed in non-FGR pups.Conclusions: This study demonstrated that in both FGR and non-FGR neonates, a range of adaptive neurodevelopmental processes takes place, which may result in altered cellular morphology, chronic stress, poor memory and learning outcomes. Furthermore, this study highlighted that not only FGR, but also appropriately grown pups, which have been exposed to prenatal food deprivation may be at increased risk for impaired cognitive and developmental outcomes.

Εισαγωγή: Η εμβρυϊκή υπολειπόμενη αύξηση έχει συσχετιστεί με υψηλότερο κίνδυνο εμφάνισης δυσμενών περιγεννητικών αποτελεσμάτων και συγκεκριμένες νευροαναπτυξιακές και νευροσυμπεριφορικές διαταραχές. Ο σκοπός της παρούσας διατριβής είναι να διερευνήσει την επίδραση της προγεννητικής στέρησης τροφής στο πρωτέομα του εγκεφάλου τόσο σε απογόνους με εμβρυϊκή υπολειπόμενη αύξηση όσο και σε απογόνους με φυσιολογικό βάρος γέννησης. Επίσης, στους σκοπούς της μελέτης είναι να αναγνωρίσει πιθανά μονοπάτια και μηχανισμούς που συνδέουν τη μητρική διαταραχή σίτισης με μεταβολές στην ανάπτυξη του εγκεφάλου.Υλικό και Μέθοδος: Δέκα θηλυκοί Wistar επίμυες που ευρίσκονταν στην 12η ημέρα της κύησης μετά από προγραμματισμένη γονιμοποίηση φιλοξενήθηκαν ξεχωριστά ο καθένας. Την 15η ημέρα της κύησης, οι επίμυες χωρίστηκαν τυχαία σε δύο ομάδες, την ομάδα στέρησης τροφής (n = 6) και την ομάδα ελέγχου (n = 4). Από την 15η έως και την 21η ημέρα της κύησης, οι επίμυες της ομάδας ελέγχου είχαν απεριόριστη πρόσβαση σε φαγητό, ενώ οι επίμυες της ομάδας στέρησης τροφής είχαν πρόσβαση στο ήμισυ της μέσης ημερήσιας πρόσληψης τροφής της ομάδας ελέγχου, όπως αυτή είχε υπολογιστεί τις προηγούμενες ημέρες. Την 21η ημέρα της κύησης όλοι οι επίμυες είχαν αυτόματη έναρξη τοκετού και τα νεογνά της ομάδας στέρησης τροφής ζυγίστηκαν και χαρακτηρίστηκαν ως φυσιολογικού βάρους γέννησης (non-FGR) ή νεογνά με υπολειπόμενη αύξηση (FGR). Αμέσως μετά έγινε συλλογή του εγκεφάλου του συνόλου του δείγματος. Πραγματοποιήθηκε μία πολυπαραγοντική πειραματική μελέτη αναλύοντας τον εγκεφαλικό ιστό 4 αρρένων νεογνών με υπολειπόμενη αύξηση, 4 με φυσιολογικό βάρος γέννησης και 3 από την ομάδα ελέγχου. Οι διαφορικά εκφραζόμενες πρωτεΐνες (DEPs) υποβλήθηκαν σε βιοπληροφορική ανάλυση για να εντοπιστούν διεργασίες που υπερ-αντιπροσωπεύονται.Αποτελέσματα: Η πρωτεομική ανάλυση κατέληξε στην ταυτοποίηση 3.964 πρωτεϊνών. Η ανάλυση οντολογίας γονιδίων των κοινά διαφορικά εκφραζόμενων πρωτεϊνών χρησιμοποιώντας το DAVID (https://david.ncifcrf.gov/) έδειξε σημαντική ενίσχυση για όρους που συνδέονται με την κυτταρική μορφολογία, τη μάθηση, τη μνήμη και τη θετική ρύθμιση της σηματοδότησης του πυρηνικού παράγοντα-κάπα Β. H Ingenuity Pathway Analysis (IPA) έδειξε στατιστικά σημαντική επαγωγή της φλεγμονής στους απογόνους με υπολειπόμενη αύξηση, καθώς και στατιστικά σημαντική επαγωγή της κυτταρικής μετανάστευσης και διασποράς στους non-FGR απογόνους.Συμπεράσματα: Η παρούσα διατριβή διαπιστώνει ότι στον εγκέφαλο τόσο των FGR όσο και των non-FGR απογόνων λαμβάνει χώρα πλήθος προσαρμοστικών νευροαναπτυξιακών μηχανισμών που μπορούν να οδηγήσουν σε διαταραγμένη κυτταρική μορφολογία, χρόνιο στρες, φτωχή μνήμη και μαθησιακά αποτελέσματα. Επιπρόσθετα, η παρούσα μελέτη τονίζει το γεγονός ότι όχι μόνο οι απόγονοι με υπολειπόμενη αύξηση αλλά και οι φυσιολογικού βάρους γέννησης απόγονοι που έχουν εκτεθεί στην προγεννητική στέρηση τροφής εμφανίζουν αυξημένο κίνδυνο για δυσμενή γνωσιακά και αναπτυξιακά αποτελέσματα.