Ten protokół opisuje metodę zmniejszania spożycia kwasu foliowego lub choliny u samic myszy przed ciążą w celu zbadania wpływu diety matki na wyniki zdrowotne potomstwa.
Artykuł metodologiczny
Ten protokół opisuje metodę zmniejszania spożycia kwasu foliowego lub choliny u samic myszy przed ciążą w celu zbadania wpływu diety matki na wyniki zdrowotne potomstwa.
Żywienie matki w czasie ciąży i laktacji odgrywa ważną rolę w neurorozwoju potomstwa. Metabolizm jednowęglowy (1C), który koncentruje się wokół kwasu foliowego i choliny, a także innych witamin z grupy B, odgrywa kluczową rolę podczas zamykania cewy nerwowej rozwijającego się płodu. Jednak wpływ tych niedoborów żywieniowych matki w czasie ciąży na wyniki zdrowotne potomstwa po urodzeniu pozostaje stosunkowo nieokreślony. Co więcej, niedobory kwasu foliowego lub choliny w diecie matki mogą wpływać na inne wyniki zdrowotne u potomstwa - co czyni ten model cennym. Protokół ten ma na celu nakreślenie procedury wywoływania niedoboru metabolizmu 1C u samic myszy poprzez modyfikacje diety. Samice są umieszczane na diecie po odsadzeniu, do 2 miesiąca życia, na 4-6 tygodni przed kryciem i pozostają na diecie przez całą ciążę i laktację. Potomstwo tych samic może być oceniane pod kątem wyników zdrowotnych. Samice mogą być wielokrotnie wykorzystywane do generowania potomstwa, a tkanki od samic mogą być pobierane w celu zmierzenia metabolitu 1C. Protokół ten zawiera przegląd sposobów wywoływania niedoborów kwasu foliowego lub choliny w diecie matki w celu zbadania wyników zdrowotnych potomstwa.
Żywienie matki w czasie ciąży i laktacji odgrywa istotną rolę w rozwoju potomstwa. Metabolizm jednowęglowy (1C) to kluczowa sieć metaboliczna, która integruje sygnały odżywcze z biosyntezą, homeostazą redoks i epigenetyką. Kwas foliowy i cholina są głównymi składnikami 1C, które odgrywają ważną rolę w zamykaniu cewy nerwowej. Powszechnie zaleca się, aby kobiety suplementowały kwas foliowy i cholinę w okresie rozrodczym1. Chociaż kluczowa rola kwasu foliowego w rozwoju płodu jest wyraźnie ustalona, mechanizmy leżące u jego podstaw pozostają niejasne. Kobietom w okresie rozrodczym zaleca się przyjmowanie kwasu foliowego przed zajściem w ciążę, ponieważ zamknięcie cewy nerwowej następuje w pierwszym trymestrze ciąży2. Ciężarne matki, które mają niedobór kwasu foliowego lub innych składników 1C, takich jak cholina, mają większą częstość urodzenia potomstwa z wadami cewy nerwowej ze względu na wysokie zapotrzebowanie na syntezę nukleotydów i inne procesy wymagane we wczesnym okresie ciąży3.
Długoterminowy wpływ diety matki ubogiej w metabolizm 1C na wyniki zdrowotne potomstwa jest słabo poznany. Badania z naszych laboratoriów, a także inne, wykazały, że dieta matki uboga w kwas foliowy lub cholinę rzeczywiście wpływa na wyniki zdrowotne potomstwa po udarze niedokrwiennym mózgu przy użyciu modeli przedklinicznych4,5,6. Wpływ diety matki wykazano również w badaniach klinicznych, w których opisano mniejszą objętość mózgu i zmienione poziomy metylacji7. Teoria Rozwojowego Pochodzenia Zdrowia i Choroby (DOHaD) sugeruje, że potencjalne choroby przewlekłe są programowane w macicy8,9, a dieta matki odgrywa ważną rolę.
Ten protokół ma na celu nakreślenie metody zmiany spożycia 1C przez samice myszy przed ciążą, w celu zbadania wpływu żywienia matki na wyniki zdrowotne potomstwa.
Ten protokół został zatwierdzony, a wszystkie zwierzęta zostały wykorzystane zgodnie z wytycznymi Instytucjonalnego Komitetu ds. Opieki i Użytkowania Zwierząt Uniwersytetu Midwestern (Protokół 2983). W badaniu wykorzystano samice myszy C57BL/6J w wieku 2 miesięcy (masa ciała, ~20 g). Ogólnie rzecz biorąc, można używać samic myszy w wieku rozrodczym10. Aby uniknąć skutków miotu, dla każdej diety należy użyć wielu samic11. Szczegółowe informacje na temat odczynników i sprzętu użytego w badaniu są wymienione w Tabeli Materiałów.
1. Przygotowanie eksperymentalne
2. Wywoływanie niedoboru kwasu foliowego lub choliny w diecie
3. Pobieranie tkanek do pomiarów 1C i pokrewnych metabolitów
UWAGA: Podczas eutanazji zwierząt ważne jest, aby upewnić się, że zwierzęta nie reagują na uszczypnięcie palca u nogi. Gdy zwierzęta przestaną reagować, można rozpocząć sekcję tkanek. Tkanka, która zostanie poddana sekcji, musi być wcześniej określona13,14, a materiały muszą być przygotowane. Materiały te obejmują rurki do przechowywania, odpowiednie narzędzia do preparowania oraz suchy lód lub ciekły azot.
Celem niniejszego badania było zbadanie wpływu niedoborów kwasu foliowego lub choliny w diecie matek na wyniki zdrowotne potomstwa. Co tydzień wyznaczano masę ciała, aby monitorować ogólny stan zdrowia samic utrzymywanych na dietach z niedoborem kwasu foliowego lub choliny. W naszych poprzednich pracach nie zaobserwowano zmian w masie ciała pomiędzy grupami dietetycznymi matek4. Rycina 1 przedstawia masę wyjściową i tygodniową samic utrzymywanych na diecie kontrolnej lub dietach z niedoborem choliny lub kwasu foliowego w ciągu czterech tygodni poprzedzających kojenie (F (1.144,4.577) = 11.96, p = 0.196). Ogólną obserwacją jest to, że liczba potomstwa przy tych specjalnych dietach jest mniejsza w porównaniu z dietą opartą na standardowej karmie dla myszy. Nie ustalono jednak, aby było to statystycznie istotne.
Gdy samice myszy są karmione dietami ubogimi w 1C, tj. kwas foliowy lub cholinę, dochodzi do zmian w metabolitach w tkankach organizmu przetwarzających 1C. Pomiary 1C oraz pokrewnych metabolitów można przeprowadzić za pomocą różnych technik. W niniejszym badaniu zastosowano chromatografię cieczową sprzężoną z tandemową spektrometrią mas z wykorzystaniem ultra-wydajnej chromatografii cieczowej (UPLC), zgodnie z wcześniejszym opisem12. Przedstawiono pomiary 1C w wątrobie (Tabela 2) oraz w osoczu (Tabela 3) dla całkowitej homocysteiny, S-adenozylometioniny (SAM), S-adenozylohomocysteiny (SAH), metioniny, cystationiny, betainy i choliny. Istnieje wiele sposobów pomiaru tych metabolitów; LC-MS jest tylko jedną z tych metod.
Dane przedstawione w Tabeli 2 oraz Tabeli 3 wykazują niewielkie zmiany w poziomach metabolitów. Obecne pomiary wykonano w czasie, gdy samice kopulowały na dietach przez 6 miesięcy. Właściwsze mogłoby być zmierzenie poziomów metabolitów po 4 tygodniach lub po jednej do dwóch cykli ciąż. Dane z wątroby i osocza przeanalizowano za pomocą jednoczynnikowej analizy wariancji (ANOVA) oraz oprogramowania do analizy statystycznej i tworzenia wykresów. Wyznaczono istotne efekty diety w analizie ANOVA z zastosowaniem testów post-hoc Tukeya, a także przeprowadzono porównania parzyste między dietą kontrolną a dietami z niedoborem kwasu foliowego lub choliny.

Rycina 1: Masa ciała samic myszy utrzymywanych na dietach wystarczających i niedoborowych w jednostkach węglowych. Masa ciała samic myszy przed rozpoczęciem specjalnie sformułowanych diet (poziom bazowy), a następnie cotygodniowe pomiary masy ciała przez 4 tygodnie przy zastosowaniu diety kontrolnej (CD) oraz diet z niedoborem kwasu foliowego (FADD) i choliny (ChDD). Dane przedstawiono jako średnią + błąd standardowy średniej. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

Rycina 2: Metabolizm jednego węgla i powiązane role biologiczne (metylacja i synteza nukleotydów). Enzymy zaznaczono czarnymi kółkami. Skróty: BHMT, betainowa homocysteina metylotransferaza; CHDH, dehydrogenaza choliny; COMT, katecholo-O-metylotransferaza; DHFR, reduktaza dihydrofolianowa; dTMP,tzymidynomonofosforan; dTTP,tzymidyntryfosforan; dUMP,deksyurydynomonofosforan; dUTP,deksyurydyntryfosforan; FR, receptor folianowy; MTHFR, reduktaza metylenotetrahydrofolianu; MTR, syntaza metioninowa; MTRR, reduktaza syntazy metioninowej; RFC, transporter zredukowanych folianów; SAM, S-adenozylo-L-metionina; SAH, S-adenozylohomocysteina; oraz TS, syntaza tymidylanowa. Rycina zmodyfikowana na podstawie pracy Jadavjiet al.18. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.
Tabela 1: Lista zawartości mikro- i makroskładników w dietach kontrolnych metabolizmu jednego węgla, dietach z niedoborem kwasu foliowego oraz dietach z niedoborem choliny.Dieta z niedoborem kwasu foliowego zawiera 0,3 mg/kg kwasu foliowego. Dieta z niedoborem choliny zawiera 300 mg/kg bitartratu choliny. Wartości są wymienione w tabeli w czerwonych wyróżnieniach w nawiasach. Prosimy kliknąć tutaj, aby pobrać tę tabelę.
Tabela 2: Stężenia macierzystych metabolitów jednego węgla w izolowanej tkance wątroby. Dane te zostały opracowane na podstawie publikacji Hurley et al.4. Kliknij tutaj, aby pobrać tę tabelę.
Tabela 3: Stężenia matczynych metabolitów jednego węgla w wyizolowanej plazmie. Dane te zostały opracowane na podstawie pracy Hurley et al.4. Kliknij tutaj, aby pobrać tę tabelę.
Podczas wdrażania tego protokołu w laboratoriach badawczych istnieje kilka ważnych uwag, które badacze muszą wziąć pod uwagę przed rozpoczęciem eksperymentów. Po pierwsze, w produkcji diety należy zapewnić wystarczającą ilość czasu na wyprodukowanie diety przed rozpoczęciem badania eksperymentalnego. Czas realizacji może się różnić w zależności od firmy, należy również wziąć pod uwagę wysyłkę diety. Samice myszy w wieku rozrodczym (~2-2,5 miesiąca) można wprowadzić na dietę 4-6 tygodni przed kryciem 4,6,14. W poprzednich badaniach używano tylko myszy C57Bl / 6J 4,5,6,18, ale inne grupy używały myszy BALB / c w podobnych badaniach 19,20,21.
Wytworzona dieta zastosowana w tym badaniu zawiera 1% sukcynylosulfatiazolu, który pomaga zmniejszyć syntezę kwasu foliowego przez florę jelitową; Jest to kolejny powód, dla którego należy stosować dietę kontrolną, ponieważ zawiera ona te same antybiotyki, które są obecne w dietach z niedoborami. Po wyprodukowaniu i wysłaniu diety jej przechowywanie jest niezbędne. Ważne jest, aby postępować zgodnie z instrukcjami producenta, aby dieta mogła trwać przez czas trwania badania eksperymentalnego. Ważne jest, aby pamiętać, że standardowa karma dla myszy zawiera podwyższony poziom kwasu foliowego i choliny, aby wspierać ciążę i ogólny stan zdrowia kolonii myszy. W związku z tym należy stosować dietę kontrolną w badaniach mających na celu przede wszystkim zbadanie skutków niedoboru kwasu foliowego i/lub choliny. W przypadku takich badań eksperymentalnych zaleca się stosowanie od producentów diet kontrolnych zawierających minimalną zalecaną ilość kwasu foliowego (2,0 mg/kg) lub dwuwinianianu choliny (1150 mg/kg)10 (Tabela 1).
Co więcej, połączenie zarówno dietetycznego kwasu foliowego, jak i niedoboru choliny u kobiet nie zostało jeszcze wypróbowane. Zarówno kwas foliowy, jak i cholina są ważnymi dawcami metylu i istnieje na nie duże zapotrzebowanie w czasie ciąży dla rozwijającego się potomstwa. Wcześniejsze prace wykazały, że metabolizm kwasu foliowego i choliny jest ściśle związany z prawidłowym funkcjonowaniem mózgu16,17. Zostało to również wykazane przez innych w innych tkankach 18,19. Nie wiadomo, czy dieta uboga w kwas foliowy i cholinę wyda zdolne do życia potomstwo.
Rozważając projekt eksperymentalny, należy zauważyć, że stwierdzono, że niedobory w diecie 1C u samców negatywnie wpływają na wyniki zdrowotne potomstwa11. Jest to ważny punkt, który należy wziąć pod uwagę przy umieszczaniu samców w klatkach z samicami, które są karmione dietą ubogą w kwas foliowy lub cholinę. W tym momencie wpływ krótkotrwałych niedoborów żywieniowych u mężczyzn pozostaje nieznany.
Udana hodowla myszy może stanowić wyzwanie dla postępu eksperymentalnego. Zaleca się skonsultowanie się z personelem zajmującym się opieką nad zwierzętami w instytucji lub literaturą, w tym ze sprzedawcami, którzy z powodzeniem hodują myszy. Ważenie samic co tydzień pomogło monitorować postęp ciąży.
Długoterminowy wpływ niedoborów 1C u matki w czasie ciąży na wyniki zdrowotne potomstwa wymaga dalszych badań 4,14. Protokół ten opisuje, w jaki sposób wywołać niedobory kwasu foliowego lub choliny w diecie matki w modelu mysim, a także jak to potwierdzić. W celu określenia innych potencjalnych markerów niedoborów kwasu foliowego lub choliny w diecie, należy zapoznać się z rysunkiem 2 18. Ten eksperymentalny model ułatwia badanie niedoborów kwasu foliowego lub choliny w diecie matek w czasie ciąży i laktacji w odniesieniu do długoterminowych wyników zdrowotnych potomstwa.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Probówki 1,5 ml | Samice myszy Eppendorf | ||
| C57BL/6 Charles | River | 27 | Myszy można również hodować w domu. |
| Dieta z niedoborem choliny | Envigo | TD.06119 | |
| Dieta kontrolna | Envigo | TD.190790 | |
| Probówki EDTA Dieta | |||
| z niedoborem kwasu foliowego | Envigo | TD.01546 | |
| Pryzmat | https://www.graphpad.com/features | ||
| Chusta dla gryzoni | Lab Products, LLC | One KlatkaWentylowane stojaki i Koszyki | |
| Chromatografia cieczowa z tandemową spektrometrią mas (LC-MS/MS) | SCIEX, Framingham, MA | 5500 QTrap | |
| Ultra-sprawna chromatografia cieczowa (UPLC) | Shimadzu, Columbia, MD, USA | Nexera |