פרוטוקול זה מתאר את השיטה להפחתת הצריכה התזונתית של חומצה פולית או כולין בנקבות עכברות לפני ההריון במטרה לחקור את ההשפעה של תזונה אימהית על תוצאות בריאותיות של צאצאים.
מאמר שיטה
פרוטוקול זה מתאר את השיטה להפחתת הצריכה התזונתית של חומצה פולית או כולין בנקבות עכברות לפני ההריון במטרה לחקור את ההשפעה של תזונה אימהית על תוצאות בריאותיות של צאצאים.
תזונה אימהית במהלך ההריון וההנקה ממלאת תפקיד חשוב בהתפתחות העצבית של הצאצאים. מטבוליזם של פחמן אחד (1C), אשר מתרכז סביב חומצה פולית וכולין, כמו גם ויטמינים אחרים מקבוצת B, ממלא תפקיד מפתח במהלך סגירת הצינור העצבי של העובר המתפתח. עם זאת, ההשפעה של חסרים תזונתיים אימהיים אלה במהלך ההריון על התוצאות הבריאותיות של הצאצאים לאחר הלידה נותרה יחסית לא מוגדרת. יתר על כן, חוסרים תזונתיים אימהיים בחומצה פולית או בכולין עשויים להשפיע על תוצאות בריאותיות אחרות אצל צאצאים - מה שהופך את זה למודל בעל ערך. פרוטוקול זה נועד להתוות את ההליך לגרימת מחסור במטבוליזם של 1C בעכברות נקבות באמצעות שינויים תזונתיים. הנקבות נמצאות בדיאטה בעת הגמילה, עד גיל חודשיים, במשך 4-6 שבועות לפני ההזדווגות ונשארות בדיאטה לאורך כל ההריון וההנקה. צאצאים מנקבות אלה יכולים להיות מוערכים עבור תוצאות בריאותיות. ניתן להשתמש בנקבות מספר פעמים כדי ליצור צאצאים, וניתן לאסוף רקמות מנקבות כדי למדוד מדידות מטבוליטים של 1C. פרוטוקול זה מספק סקירה כללית של האופן שבו ניתן לגרום לחוסרים תזונתיים אימהיים בחומצה פולית או בכולין כדי לחקור את התוצאות הבריאותיות של צאצאים.
תזונה אימהית במהלך ההריון וההנקה ממלאת תפקיד חיוני בהתפתחות הצאצאים. מטבוליזם של פחמן אחד (1C) הוא רשת מטבולית מרכזית המשלבת אותות תזונתיים עם ביוסינתזה, הומאוסטזיס חמצון-חיזור ואפיגנטיקה. חומצה פולית וכולין הם מרכיבים מרכזיים של 1C הממלאים תפקיד חשוב בסגירת הצינור העצבי. מומלץ לנשים ליטול תוספים עם חומצה פולית וכוליןבמהלך שנות הפוריות 1. בעוד התפקיד הקריטי של חומצה פולית בהתפתחות העובר נקבע בבירור, המנגנונים הבסיסיים המעורבים עדיין לא ברורים. נשים של הלידה מומלץ לקחת חומצה פולית לפני הכניסה להריון מאז סגירת הצינור העצבי מתרחשת בתוך השליש הראשון2. לאימהות בהריון עם מחסור בחומצה פולית או ברכיבים אחרים של 1C, כמו כולין, יש שכיחות גבוהה יותר של לידת צאצאים עם מומים בתעלה העצבית בשל הביקוש הגבוה לסינתזה של נוקלאוטידים ותהליכים אחרים הנדרשים בתקופת ההריון המוקדמת3.
ההשפעה ארוכת הטווח של תזונה אימהית לקויה בצריכת מטבוליזם של 1C על התוצאות הבריאותיות של הצאצאים אינה מובנת היטב. מחקרים מהמעבדות שלנו, כמו גם אחרים, הוכיחו כי תזונה אימהית החסרה בחומצה פולית או בכולין אכן משפיעה על תוצאות בריאותיות של צאצאים לאחר שבץ איסכמי באמצעות מודלים פרה-קליניים 4,5,6. ההשפעה של תזונה אימהית הוכחה גם במחקרים קליניים שבהם תוארו נפחי מוח קטנים יותר ורמות מתילציה משתנות7. תיאוריית המקורות ההתפתחותיים של בריאות ומחלות (DOHaD) מציעה כי מחלות כרוניות פוטנציאליות מתוכנתות ברחם 8,9, ותזונה אימהית ממלאת תפקיד חשוב.
פרוטוקול זה נועד להתוות את השיטה לשינוי הצריכה התזונתית של 1C בנקבות עכברות לפני ההריון, במטרה לבחון את השפעות תזונת האם על התוצאות הבריאותיות של הצאצאים.
פרוטוקול זה אושר, וכל הנבדקים בבעלי חיים שימשו בהתאם להנחיות הוועדה המוסדית לטיפול ושימוש בבעלי חיים של אוניברסיטת מידווסטרן (פרוטוקול 2983). נקבות עכברי C57BL/6J, בנות חודשיים (משקל גוף, ~20 גרם), שימשו במחקר זה. באופן כללי, עכברים נקבות בגיל הפוריות ניתן להשתמש10. כדי להבטיח הימנעות מהשפעות המלטה, יש להשתמש במספר נקבות לכל דיאטה11. פרטי הריאגנטים והציוד ששימש במחקר מפורטים בטבלת החומרים.
1. הכנה ניסיונית
2. גרימת מחסור תזונתי בחומצה פולית או כולין
3. איסוף רקמות למדידות של 1C והמטבוליטים הקשורים
הערה: בעת המתת חסד של בעלי חיים, חשוב לוודא שבעלי החיים אינם מגיבים לצביטת בוהן. ברגע שבעלי החיים אינם מגיבים, דיסקציה של רקמות יכולה להתחיל. הרקמה שתינתח צריכה להיקבע מראש13,14, ולהכין חומרים. חומרים אלה כוללים צינורות לאחסון, כלי דיסקציה מתאימים, קרח יבש או חנקן נוזלי.
המחקר התמקד בחקר ההשפעה של חוסרים תזונתיים אימהיים על חומצה פולית או כולין על התוצאות הבריאותיות של צאצאים. משקלים שבועיים נקבעו כדי לפקח על הבריאות הכללית של נשים שנשמרות על דיאטות עם חומצה פולית או מחסור בכולין. בעבודתנו הקודמת לא נצפו שינויים במשקל הגוף בין קבוצות תזונה אימהיות4. איור 1 מתאר את קו הבסיס ואת המשקולות השבועיות של נקבות שנשמרו על דיאטות ביקורת, כולין או מחסור בחומצה פולית במהלך ארבעת השבועות שקדמו להזדווגות (F (1.144,4.577) = 11.96, p = 0.196). תצפית כללית שנעשתה היא שמספר הצאצאים בדיאטות מיוחדות אלה מצטמצם במספר הצאצאים בהשוואה לצ'או עכבר סטנדרטי. זה לא נקבע כמובהק סטטיסטית.
כאשר נקבות העכברים מוזנות בתזונה עם מחסור ב-1C, חומצה פולית או כולין, ישנם שינויים במטבוליטים בתוך רקמות הגוף שמעבדים 1C. מדידות של 1C ומטבוליטים קשורים ניתן לקחת באמצעות מגוון רחב של טכניקות. במחקר הנוכחי נעשה שימוש בספקטרומטריית מסה של כרומטוגרפיה נוזלית טנדם עם כרומטוגרפיה נוזלית אולטרה-ביצועית (UPLC), כפי שתואר קודם לכן12. מוצגות מדידות של כבד (טבלה 2) ופלזמה (טבלה 3) 1C עבור הומוציסטאין כולל, S-אדנוזיל-מתיונין (SAM), S-אדנוזיל-הומוציסטאין (SAH), מתיונין, ציסטתיונין, בטאין וכולין. ישנן דרכים שונות למדוד מטבוליטים אלה; LC-MS היא רק דרך אחת.
הנתונים המוצגים בטבלה 2 ובטבלה 3 מראים כמה שינויים קלים ברמות המטבוליטים. המדידות הנוכחיות נלקחו כאשר הנקבות הזדווגו בדיאטות במשך 6 חודשים. ייתכן שעדיף למדוד את המטבוליטים לאחר 4 שבועות או לאחר סבב אחד או שניים של הריונות. נתונים מהכבד ומהפלזמה נותחו באמצעות ANOVAs חד-כיווניים ותוכנות סטטיסטיות וגרפיות. כל השפעה משמעותית של דיאטת ANOVA עם השוואות זוגיות של Tukey, כמו גם השוואות זוגיות בין דיאטת ביקורת לבין דיאטות חומצה פולית או מחסור בכולין.

איור 1: משקל הגוף של נקבות עכברים שמר על תזונה מספקת וחסרה של פחמן אחד. משקלי גוף של נקבות עכברים לפני תחילת דיאטות שנוסחו במיוחד (נקודת בסיס) ולאחר מכן משקלים שבועיים במשך 4 שבועות בבקרה (CD), כמו גם דיאטות חסרות חומצה פולית (FADD) וכולין (ChDD). הנתונים מוצגים כממוצע + שגיאת תקן של הממוצע. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 2: מטבוליזם של פחמן אחד ותפקידים ביולוגיים קשורים (מתילציה וסינתזה של נוקלאוטידים). אנזימים מסומנים בעיגולים שחורים. קיצורים: BHMT, בטאין הומוציסטאין מתילטרנספראז; CHDH, כולין דהידרוגנאז; COMT, catechol-O-methyltransferase; DHFR, דיהידרופולאט רדוקטאז; dTMP, מונופוספט deoxythymidine; dTTP, deoxythymidine triphosphate; dUMP, מונופוספט deoxyuridine; dUTP, deoxyuridine triphosphate; FR, קולטן חומצה פולית; MTHFR, methylenetetrahydrofolate רדוקטאז; MTR, מתיונין סינתאז; MTRR, מתיונין סינתאז רדוקטאז; RFC, נשא חומצה פולית מופחת; SAM, S-אדנוזיל-מתיונין; SAH S-אדנוזילהומוציסטאין; ו-TS, תימידילט סינתאז. נתון זה שונה מ Jadavjiet al.18. לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
טבלה 1: רשימה של תכולת מיקרו ומאקרו-חומרים מזינים בבקרת מטבוליזם של פחמן אחד, חומצה פולית, דיאטות עם מחסור בכולין. התזונה עם מחסור בחומצה פולית מכילה 0.3 מ"ג/ק"ג חומצה פולית. דיאטה עם מחסור בכולין מכילה 300 מ"ג/ק"ג של קצב כולין סיביות. הערכים רשומים בטבלה בסימון אדום בתוך הסוגריים המרובעים. אנא לחץ כאן כדי להוריד טבלה זו.
טבלה 2: ריכוזי מטבוליטים אימהיים של פחמן אחד ברקמת כבד מבודדת. נתונים אלה נלקחו מ- Hurley et al.4. אנא לחץ כאן כדי להוריד טבלה זו.
טבלה 3: ריכוזי מטבוליטים אימהיים של פחמן אחד בפלזמה מבודדת. נתונים אלה נלקחו מ- Hurley et al.4. אנא לחץ כאן כדי להוריד טבלה זו.
במהלך יישום פרוטוקול זה במעבדות מחקר, ישנן מספר הערות חשובות שחוקרים צריכים לשקול לפני תחילת הניסויים. ראשית, בייצור דיאטה, יש לתת מספיק זמן אספקה לייצור הדיאטה לפני תחילת המחקר הניסיוני. זמני האספקה יכולים להשתנות מחברה לחברה, וגם משלוח הדיאטה צריך להילקח בחשבון. נקבות עכברים בגיל הפוריות (~ 2-2.5 חודשים) יכולות להיכנס לתזונה 4-6 שבועות לפני ההזדווגות 4,6,14. מחקרים קודמים השתמשו רק בעכברי C57Bl/6J 4,5,6,18, אך קבוצות אחרות השתמשו בעכברי BALB/c במחקרים דומים 19,20,21.
התזונה המיוצרת המשמשת במחקר זה מכילה 1% succinyl sulfathiazole כדי לסייע בהפחתת סינתזת חומצה פולית על ידי פלורת מעיים; זוהי סיבה נוספת כי דיאטה בקרה צריך לשמש, כפי שהוא מכיל את אותה אנטיביוטיקה כי נמצאים דיאטות לקויים. לאחר שהדיאטה יוצרה ונשלחה, האחסון שלה חיוני. חשוב לעקוב אחר הוראות היצרן, כך שהדיאטה תוכל להימשך למשך המחקר הניסיוני. חשוב לציין כי צ'או עכבר סטנדרטי מכיל רמות גבוהות של חומצה פולית וכולין לתמיכה בהריון ובבריאות הכללית של מושבות עכברים. לכן, יש להשתמש בדיאטת בקרה במחקרים שמטרתם בעיקר לחקור את ההשפעות של חומצה פולית ו / או מחסור בכולין. עבור מחקרים ניסיוניים כאלה, מומלץ לקבל דיאטות בקרה מהיצרנים עם הכמות המינימלית המומלצת של חומצה פולית (2.0 מ"ג/ק"ג) או קצב סיביות כולין (1150 מ"ג/ק"ג)10 (טבלה 1).
יתר על כן, שילוב של חומצה פולית תזונתית ומחסור בכולין אצל נשים עדיין לא נוסה. הן חומצה פולית והן כולין הם תורמי מתיל חשובים, ויש ביקוש גבוה להם במהלך ההריון לפיתוח צאצאים. עבודות קודמות הוכיחו כי מטבוליזם של חומצה פולית וכולין קשור קשר הדוק לתפקוד תקין של המוח16,17. זה הודגם גם על ידי אחרים ברקמות אחרות18,19. לא ידוע אם תזונה החסרה בחומצה פולית וכולין תניב צאצאים בני קיימא.
כאשר שוקלים תכנון ניסוי, חשוב לציין כי ליקויים תזונתיים ב-1C אצל גברים דווחו כמשפיעים לרעה על תוצאות בריאותיות של צאצאים11. זוהי נקודה חשובה שיש לקחת בחשבון כאשר מכניסים זכרים לכלובים עם נקבות הניזונות מחומצה פולית או תזונה חסרת כולין. בשלב זה, ההשפעה של מחסור תזונתי לטווח קצר אצל גברים עדיין לא ידועה.
גידול עכברים מוצלח יכול להציב אתגרים בהתקדמות הניסוי. מומלץ להתייעץ עם צוות הטיפול בבעלי חיים במוסד או בספרות, כולל ספקים המגדלים בהצלחה עכברים. שקילת נקבות על בסיס שבועי סייעה לעקוב אחר התקדמות ההריון.
ההשפעה ארוכת הטווח של ליקויים אימהיים ב- 1C במהלך ההריון על תוצאות בריאותיות של צאצאים דורשת חקירה נוספת 4,14. פרוטוקול זה תיאר כיצד לגרום לחוסרים תזונתיים בחומצה פולית אימהית או בכולין במודל עכברי, כמו גם כיצד לאשר זאת. כדי לקבוע סמנים פוטנציאליים אחרים של חוסרים תזונתיים בחומצה פולית או בכולין, הקפידו להתייעץ עם איור 2 18. מודל ניסיוני זה מאפשר לחקור חוסרים תזונתיים אימהיים בחומצה פולית או בכולין במהלך ההריון וההנקה על תוצאות בריאותיות ארוכות טווח של צאצאים.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| צינורות 1.5 מ"ל | Eppendorf | ||
| C57BL/6 נקבות עכברים | צ'ארלס ריבר | 27 | ניתן לגדל גם בבית. |
| דיאטה חסרת כולין | Envigo | TD.06119 | |
| בקרת דיאטה | Envigo | TD.190790 | |
| צינורות | |||
| דיאטה חסרת חומצה פולית | Envigo | TD.01546 | |
| GraphPad פריזמה | https://www.graphpad.com/features | ||
| דיור למכרסמים | מוצרי מעבדה, LLC | One כלובמתלים מאווררים & כלובים | |
| כרומטוגרפיה נוזלית-ספקטרומטריית מסה טנדם (LC-MS/MS) | SCIEX, Framingham, MA | 5500 QTrap | |
| כרומטוגרפיה נוזלית בעלת ביצועים גבוהים במיוחד (UPLC) | שימדזו, קולומביה, מרילנד, ארה"ב | Nexera |