• ul. Postępu 36A, Jastrzębiec

    05-552 Magdalenka, Polska

  • sekretariat@ighz.pl

    tel. +48 22 736-70-00
    fax +48 22 756-16-99

Przewody doktorskie

mgr Magdalena Ogłuszka

Wpływ diety suplementowanej kwasami tłuszczowymi omega-6 i omega-3 na profil ekspresji genów w tkance mięśniowej świni

Streszczenie

Kwasy omega-6 i omega-3 to wielonienasycone kwasy tłuszczowe (WNKT), które należą do rodziny niezbędnych kwasów tłuszczowych i muszą być pozyskiwane wraz z pożywieniem. Kwasy omega-6 i omega-3 mają istotny wpływ na podstawowe procesy życiowe komórek, w tym uczestniczą w regulacji ekspresji genów, poprzez bioaktywne lipidy i receptory jądrowe. Właściwa proporcja pomiędzy tymi kwasami jest istotna dla prawidłowego rozwoju i funkcjonowania komórek. WNKT niezaprzeczalnie mają istotny wpływ na procesy biologiczne, jednak mechanizmy odziaływania WNKT na organizm są wciąż nie do końca poznane.

            Celem przeprowadzonych badań było wskazanie procesów biologicznych, które mogą być regulowane na poziomie transkryptu w wyniku zwiększonego pobrania kwasów omega-6 i omega-3 w tkance mięśnia gluteus medius świni. Świnie są jednym z najlepszych modeli zwierzęcych do badań nad działaniem kwasów omega-6 i omega-3. Co więcej, ich anatomiczne i fizjologiczne podobieństwo do ludzi czyni je uznanym modelem zwierzęcym. Celem badań było również określenie wpływu suplementacji kwasami tłuszczowymi omega-6 i omega-3 na ekspresję genów u osobników różnych ras. W eksperymencie użyto dwóch grup świń: Polskiej Białej Zwisłouchej (PBZ) oraz jej krzyżówki z rasą Duroc (PBZxDuroc). Użycie ras charakteryzujących się zróżnicowanym otłuszczeniem i profilem kwasów tłuszczowych w tkance mięśniowej pozwoliło na wyłonienie różnic w odpowiedzi na czynnik eksperymentalny u osobników różniących się metabolizmem kwasów tłuszczowych. Transkryptom mięśnia gluteus medius był analizowany u świń karmionych dietą kontrolną oraz dietą suplementowaną olejem lnianym i rzepakowym w celu zwiększenia zawartości kwasów omega-6 i omega-3. Pobrane próbki mięśnia analizowano metodą sekwencjonowania następnej generacji (NGS). Wyniki NGS zwalidowano za pomocą Real Time PCR. Kompleksowe badania bioinformatyczne ujawniły sieci wzajemnych powiązań pomiędzy genami o zróżnicowanej ekspresji  i wskazały potencjalnie zmienione procesy biologiczne. Wybrane procesy wyłonione na drodze analizy NGS zostały poddane dalszej analizie in vitro.

Przeprowadzone badania nad wpływem WNKT na transkryptom mięśnia wskazały na zmiany w fundamentalnych procesach biologicznych. Wyłoniono różnice w ekspresji genów zaangażowanych w proces proteolizy i ubikwitynacji pod wpływem zwiększonej podaży kwasów omega-6 i omega-3 w diecie. Jako, że proteoliza białek pełni kluczową rolę w kontrolowaniu jakości proteomu, wzmożona ekspresja genów związanych z procesem proteolizy białek, może mieć pozytywny wpływ na homeostazę mięśni u świń poddanych intensywnemu tuczowi. Dodatkowo, suplementacja kwasami omega-6 i omega-3 modulowała ekspresję genów zaangażowanych w funkcjonowanie mitochondriów i przemiany energetyczne. Ponadto, odpowiedź na suplementację kwasami omega-6 i omega-3 różniła się u osobników charakteryzujących się odmiennym metabolizmem kwasów tłuszczowych. Rzeczone różnice zostały wykazane w obszarze ekspresji genów związanych z procesem transkrypcji i funkcjonowania mitochondriów.

Badania in vitro nad procesem związanym z ubikwitynacją, wyłonionym w analizie NGS wskazały, że wpływ kwasu omega-3 na proces zapalny może być częściowo związany z regulacją białka wchodzącego w interakcje z NOS (NOSIP). Co więcej, hipoteza o wpływie kwasów tłuszczowych na długość telomerów, może być poparta zaobserwowaną zmianą w ekspresji białka ochronnego telomerów-1 (POT1).

Uzyskane wyniki dowodzą, że kwasy omega-6 i omega-3 odgrywają istotną rolę w metabolizmie tkanki mięśniowej i jej funkcjonowaniu. Tym samym przedstawione wyniki wzbogacają wiedze na temat regulacji ekspresji genów przez WNKT, a także potwierdzają znaczenie tych bioaktywnych składników dla zdrowia i homeostazy tkanki mięśniowej.

The effect of diet supplemented with omega-6 and omega-3 fatty acids on the gene expression profile in the pig skeletal muscle tissue

Abstract

Omega-6 and omega-3 fatty acids are polyunsaturated fatty acids (PUFA), which belong to the essential fatty acid family and must be obtained from food sources. The level of omega-6 and omega-3 fatty acids can affect many cellular systems and functions via nuclear receptors or the bioactive lipid regulation of the gene expression. Additionally, a correct balance of these fatty acids is important for the proper function and development of various cell types. Although PUFA are known to play significant roles in many biological processes, their underlying mechanisms of action are not well understood.

Objective of this study was to investigate the influence of increased consumption of omega-3 and omega-6 fatty acids on the muscle transcriptome profile changes in the pig gluteus medius and their impact on biological processes. Pigs are one of the best model for studies on effects of omega-6 and omega-3 fatty acids supplementation. Moreover, they are a proven large animal model due to their anatomical and physiological similarities to humans. Other goal was the evaluation of breed-dependent response on the increased omega-3 and omega-6 fatty acids level. In the experiment two groups of pigs, commercial pure breed Polish Landrace (PL) and crossbreed Polish Landrace x Duroc (PLxDuroc) were used. Usage of pigs varying in fatness and muscle fatty acid profile may allow for revealing the differences in response to experimental factor in individuals differ in lipid metabolism. The transcriptome of the gluteus medius muscle was studied in pigs subjected to either a control diet or a diet supplemented with linseed and rapeseed oil in order to increase omega-6 and omega-3 fatty acids content. Next generation sequencing (NGS) was used to generate the muscle tissue transcriptome database. NGS results were validated with Real Time PCR. The comprehensive bioinformatic studies revealed networks of the interrelationship between differentially expressed genes, and pointed out potentially affected biological processes. Furthermore, in vitro studies have been conducted to evaluate affected processes indicated by NGS analysis.

Studies of the impact of PUFA on the muscle transcriptome revealed differences in fundamental biological processes. Substantial impact of examined fatty acid on the expression of genes involved in proteolysis and ubiquitination was registered. As proteolysis plays a key role in controlling the quality of the proteome, the increased expression of genes associated with the process of proteolysis may have a positive effect on muscle homeostasis in pigs undergoing intensive fattening. Addition of omega-6 and omega-3 fatty acids to diet affected also mitochondria functioning and energy metabolism. Moreover, the response on omega-6 and omega-3 fatty acids supplementation seems to differ in accordance with the variations in fatty acid metabolism between individuals. The use of the porcine animal model showed the variability in the expression of genes especially dedicated to transcription and mitochondria functioning.

More detailed in vitro investigation of process related to ubiquitination, which was indicated by NGS analysis, pointed out that the role of omega-3 fatty acid on inflammation can be partially related to the regulation of nitric oxide synthase-interacting protein (NOSIP). Further, the hypothesis of the influence of omega fatty acids on telomere length could be supported by the observed differences in expression of the shelterin protein - protection of telomeres-1 (POT1).

Obtained results provide evidence that omega-6 and omega-3 fatty acids play a vital role in muscle tissue metabolism and its functioning. Thus results broaden the knowledge of PUFA in the regulation of gene expression, as well they confirm the importance of including those bioactive components in diets to improve the homeostasis and health of muscle tissue.