Consultar: Programa de Pós-Graduação em Ciências Biológicas (Biologia Celular)

Título [PT]: Programação metabólica por superalimentação no início da vida, efeitos sobre o metabolismo e o tecido adiposo marrom : pode o exercício físico moderado ser um agente para desprogramação?
Autor(es): Douglas Lopes de Almeida
Palavras-chave [PT]:

Fisiologia animal. Metabolismo energético. Termogenese. Obesidade. Programação metabólica. Tecido adiposo marrom. Biologia experimental. Exercício físico. Brasil.

Paulo Cezar de Freitas Mathias [Orientador] - UEM James Andrew Armitage - Deakin University - Austrália Antônio Marcus de Andrade Paes - UFMA Rodrigo Mello Gomes - UFGO Sidney Barnabé Peres - UEM

Resumo: A epidemia de obesidade é uma preocupação de elevada prioridade, estando altamente associada a doenças cardiometabólicas e diabetes tipo 2, com impacto nas taxas de mortalidade e nos custos para a saúde a pública. Dados epidemiológicos apontam que, considerando a alta prevalência de obesidade em cohorts de crianças e adolescentes, este quadro tende a aumentar em um futuro próximo. Ainda que de fato a etiologia da obesidade seja ampla, dados substanciais suportam o papel do ambiente perinatal no desenvolvimento futuro da obesidade e síndrome metabólica. A hiperalimentação no inicio da vida, seja por alteração da dieta materna ou por exposição da prole a um quadro de abundância nutritiva, induz mamíferos a obesidade precoce, tornando-os mais susceptíveis a obesidade na vida adulta. Nosso grupo demonstrou em um estudo prévio que a obesidade induzida por hiperalimentação no ínicio da vida prejudica a função do tecido adiposo marrom (TAM), diminuindo sua termogênese. Presente em frações significativas em adultos humanos, o TAM desempenha um importante papel no metabolismo energético dos mamíferos, liberarando energia na forma de calor através da ação da proteína desacopladora-1 (UCP1). Dado o possível impacto do TAM na balança energética, cresce o interesse por encontrar meios de aumentar a atividade termogênica deste tecido. Neste âmbito, o exercício físico começa a ser testado como um método não-farmacológico de ativação do TAM. Considerando a importância do TAM no metabolismo energético e os efeitos duradouros da obesidade induzida no início da vida sobre este tecido, bem como sobre outros parâmetros biométricos e metabólicos. Considerando os possíveis efeitos do exercício físico sobre o metabolismo e sobre o TAM. Nesta tese investigamos os efeitos da hiperalimentação no início da vida sobre o tecido adiposo em estágios iniciais de seu desenvolvimento, e ainda o impacto de um protocolo de exercício físico de intensidade moderada e baixa frequência na função termogênica do TAM de ratos adultos, que foram metabolicamente programados por hiperalimentação no início da vida. Manuscrito 1: Investigar a morfologia e expressão gênica no tecido adiposo branco (TAB) e tecido adiposo marrom (TAM) interescapular em filhotes expostos a hiperalimentação por dieta materna rica em gordura em estágio inicial de desenvolvimento, aos 10 dias de idade. Manuscrito 2: Observar os efeitos de um programa de exercício moderado e de baixa freqüência na ‘desprogramação’ da função do TAM em ratos adultos machos programados por hiperalimentação no inicio da vida. Manuscrito 1: Ratos Spreague Dawley fêmeas foram divididas em 2 grupos: dieta controle (NFD – n=6) e dieta hiperlipídica (HFD – n=10). Os animais foram mantidos na mesma dieta durante todo o período experimental, desde 4 semanas antes da concepção até o dia pós natal 10, quando a prole foi pesada e eutanisiada. Amostras de tecido adiposo foram coletadas dos coxins subcutâneo e interescapular para análises histológicas e da expressão genética. Manuscrito 2: Ratos Wistar prênhes foram colocadas em gaiolas individuais, o nascimento foi considerado dia 0. No dia 2 as ninhadas foram padronizadas para 9 (grupo controle, NL) ou 3 (grupo experimental, SL) por mãe. Após o desmame (dia 21) os animais foram então randomicamente divididos entre sedentários (NL SED/ SL SED) e exercitados (NL EXE, SL EXE). O protocolo teve início no dia 30 com um teste de esforço para determinação da carga de trabalho. As sessões de treino foram realizadas 3 vezes por semana, a 60% da carga de trabalho (velocidade final) atingida no teste de esforço, com duração de 40 minutos. Os testes foram repetidos a cada 15 dias para ajuste da carga até o final do protocolo no dia 80. NO dia 81 os animais foram submetidos a uma cirurgia para implante de um transponder de temperatura sob o TAM interescapular (TAMi). A temperatura do TAMi foi aferida no ciclo claro e escuro dos dias 87 a 90. No dia 91 os animais foram eutanasiados, amostras de sangue e tecido adiposo marrom interescapular foram armazenadas para futuras análises. Um set separado de animais de cada grupo, que não teve transponder implantado, foi usado para registro da atividade da inervação simpática do TAMi. Manuscrito 1: Os adipócitos do tecido adiposo branco subcutâneo de ratos do grupo HFD apresentaram maior área quando comparados ao controle (p<0.01). Embora os adipócitos do TAMi de ratos do grupo HFD não diferiu dos controles em tamanho, a incidência de adipócitos uniloculares e de maior tamanho dentro do TAM foi maior comparados ao controle(p<0.05). A dieta materna rica em gordura aumentou a expressão do gene para Leptina (p<0.05) no tecido adiposo subcutâneo; e diminuiu a expressão dos genes ObR, PPAR gama, PPAR alfa e PRDM16 no TAM (p<0.05). Enquanto em humanos o desenvolvimento do tecido adiposo se da no 3° trimestre do período intrauterino, em ratos o tecido adiposo se desenvolve principalmente ao final do período de gestação e na primeira metade da lactação. As alterações histológicas encontradas no tecido adiposo subcutâneo e no TAM demonstram uma descaracterização estrutural do tecido adiposo pela hiperalimentação no inicio da vida, e são semelhantes as previamente descritas na literatura para animais adultos metabolicamente programados. As alterações de expressão de RNAm no tecido adiposo subcutâneo e, principalmente, no TAM; afetam fatores de transcrição chaves para a diferenciação do tecido e sua função, podendo estar envolvidos na hipoatividade observada no mesmo em ratos adultos. Manuscrito 2: Corroborando com os dados previamente demonstrados, a hiperalimentação no inicio da vida diminuiu a termogênese em ratos machos adultos no período claro (p<0.0001) e escuro (p<0.01). O exercício físico foi eficaz em promover o aumento da termogênese no período claro (p<0.0001), mas não no escuro (p=0.2236). Adicionalmente, a hiperalimentação infantil diminuiu a atividade da inervação simpática do TAMi (p<0.0001), enquanto o exercício físico foi eficiente para aumenta-la (p<0.05). Por outro lado, o exercício físico não afetou a quantidade de receptores adrenérgicos β3 no TAMi, que foi reduzida pela hiperalimentação infantil (p<0.05). Como previamente demonstrado, a hiperalimentação no período infantil reduz a atividade termogênica do TAMi, adicionalmente, neste estudo demonstramos que o exercício é capaz de reverter esta hipoatividade, aumentando assim o gasto energético do animal em período de descanso. A literatura demonstra que exercícios físicos de endurance praticados com regularidade estimulam o TAMi in vitro e em humanos magros e animais controle. Contudo, pelo nosso conhecimento, nosso estudo é o primeiro a demonstrar que um protocolo de exercício físico moderado e de baixa frequência é um método viável para a ‘desprogramação’ da hipoatividade do TAMi em ratos programados para a obesidade por hiperalimentação no início da vida. Manuscrito 1: A prole induzida a hiperalimentação por dieta materna rica em gordura apresentou alterações na morfologia e na expressão dos genes do tecido adiposo subcutâneo e marrom interescapular, as quais podem estar implicadas em disfunções de longo prazo no tecido adiposo. Manuscrito 2: O protocolo de exercício de intensidade moderada e de baixa frequência foi eficiente em ‘desprogramar’ os efeitos da hiperalimentação infantil em ratos machos na fase adulta. Melhorando parâmetros biométricos e metabólicos e bloqueando a hipoatividade do TAMi nestes animais. Abstract: The obesity epidemic is a priority concern, as its relationship with cardiovascular diseases and type 2 diabetes, is associated with mortality and with elevated costs for public health systems across the globe. Epidemiological data higlights the fact that the obesity epidemic is likely to increase in the near future, as younger cohorts present with, even increasing, high rates of early obesity onset and prevalence. Although there is a broadly understood adult etiology for obesity, substantial data from epidemiological and experimental studies indicate the role of the perinatal environment in promoting obesity and related metabolic syndrome. Postnatal early overfeeding, induced by maternal high fat consumption or by early exposure to overfeeding during the suckling period, lead mammals to demonstrate a precocious onset of obesity. Infants and childrens who are obese are highly susceptible to remain obese into adult life. In a previous study, our group demonstrated that postnatal early overfeeding resulted in rats becoming obese and presenting an impaired interscapular brown adipose tissue (iBAT) thermogenic function, producing less heat than the control animals both, during day and night-time periods. Brown adipose tissue (BAT) is present in adult humans and BAT thermogenesis increase energy expenditure through uncoupling-protein-1 (UCP1) activity, which disrupts the normal mitochondrial energy system, resulting in a lower production of ATP and diversion of energy as heat. Given the potential of BAT to impact upon energy balance, revert metabolic program and augment energy expenditure by BAT to reduce fat storage and counter obesity, is a desirable target. The regular practice of physical exercise is one physiological approach that results in increased BAT activity. Few studies have considered the important role of BAT on the energetic metabolism, as a mechanism to reverse the long-term programmed effects of the early overfeeding on animals. The possible effects of physical exercise upon metabolism and BAT in programmed animals have also received scant attention. In this thesis we investigated the effects of early overfeeding by maternal high fat consumption on the adipose tissue at early stages of life and tissue development, moreover, we tested the effectiveness of a moderate and lowfrequency exercise protocol on the thermogenesis function of iBAT of adult rats, which were metabolic programmed by early overnutrition. Manuscript 1: To investigate, at postnatal day 10, the morphology and gene expression in subcutaneous WAT and interscapular BAT from pups born to High Fat Fed (HFD) dams. Manuscript 2: To investigate the potential of a moderate and low-frequency exercise protocol to ‘deprogram’ the function of iBAT in adult male rats made obese by exposre to overfeeding during lactation. Manuscript 1: Nine-week-old female Sprague Dawley rats were divided into 2 groups: control normal fat diet (NFD – N=6), or high-fat diet (HFD – N=10). Rats were kept on their respective diet for 4 weeks prior to conception, through gestation and after birth, until postnatal day 10 (PN10), when pups were weighed and euthanized. Adipose tissue was collected from subcutaneous and interscapular depots for histology and gene expression studies. Manuscript 2: Wistar rats litters were delivered normally but at PN2, litters were adjusted to 9 pups per dam (normal litters - NL) for control, or 3 pups (small litter – SL) per dam to induce overfeeding during early life. At PN21, all offspring were weaned and randomly divided into exercise or sedentary groups (NL SED, NL EXE, SL SED, and SL EXE). An exercise protocol commenced at PN30. Animals were initially subjected to an effort test on a treadmill. Training sessions (45minutes) were then performed 3 times per week, at 60% of the final workload achieved in the effort test. The effort test was repeated each 15 days to adjust the training workload. At PN80, animals ceased training and at PN81, underwent surgery to implant a temperature transponder underneath interscapular BAT (iBAT). The iBAT temperature was measured during light and dark periods from PN87 to PN90. At PN91 animals were euthanized, blood samples and fat pads collected for further analysis. IBAT nerve activity was recorded from a separated set of (non operated) animals at PN90. Manuscript 1: Subcutaneous white adipose tissue (sWAT) adipocytes from HFD offspring were larger compared to controls (p<0.01). Although iBAT adipocytes did not change in size, the presence of unilocular adipocytes found within iBAT were larger in HFD pups than in NFD (p<0.05). Maternal HFD increased the expression of Leptin in sWAT (p<0.05). Reduced gene expression of LeptinR, PPAR gamma, PPAR alpha and PRDM16 were observed in iBAT of HFD offspring compared with control offspring (p<0.05). These morphological changes in WAT and BAT, points to the structural abnormalities within adipose tissue during they earliest days of postnatal life being programmed by early overnutrition. These findings are similar to those observed in the literature for adult rats that were metabolic programmed by early overnutrition, indicating that the obesity seen inadulthood may be, in fart, caused by abnormal development of these tissues. Moreover, the mRNA altered expression in BAT of transcriptor facts involved in differentiation and function of BAT, may underlie the lower thermogenesic capacity observed in adult animals. Manuscript 2: Early postnatal overfeed impaired iBAT activity during their inactive (lights-on) (p<0.0001) and inactive (lights-off) periods (p<0.01). Exercise improved iBAT function in the lights-on (p<0.0001), but not on lights-off (p=0.2236) perior. Exercise was associated with increased sympathetic iBAT nerve firing rate (p<0.05), while postnatal overfeeding was assoiated with a reduction in sympathetic nerve activity (p<0.0001) that did not respond to exercise training. In control animals, exercise resulted in a reduction of β3-AR content in iBAT (p<0.01), consistent with the increase nerve activity. Consistent with the nerve activity data, early overfeeding did not affect β3-AR content in iBAT (p=0.2172. We have presviously shown that postnatal early overfeeding induced iBAT thermogenesis hypoactivity, which was confirmed on this study. Additionally, this study shows that the exercise is able to improve the thermogenesis in lean and early obese programmed rats, which may indicate an elevation on the basal metabolical rate on these animals. Regular endurance exercise is shown to positively affect BAT in vitro differentiation and BAT activity in lean humans and control animals. This study is the first, of our knowledge, to show that a moderate intensity/low-frequency exercise protocol is a viable non-pharmacological method to ‘deprogram’ the postnatal early overfeeding effects on BAT. Manuscript 1: Offspring of fat fed dams demonstrate altered morphology and gene expression in sWAT and iBAT during earliest stages of tissue development, which may have implications for long-lasting dysfunctional adipose tissue. Manuscript 2: A moderate intensity – low frequency exercise protocol was able to deprogram postnatal early overfeeding effects in adult male rats, improving biometrical and metabolical parameters and reversing iBAT hypoactivity.

Idioma: Inglês Data de Publicação: 2017 Local de Publicação: Maringá, PR Orientador: Prof. Dr. Paulo Cezar de Freitas Mathias Co-Orientador: Prof.ª Dr.ª Kesia Palma-Rigo Instituição: Universidade Estadual de Maringá . Centro de Ciências Biológicas Nível: Tese (doutorado em Ciências Biológicas) UEM: Programa de Pós-Graduação em Ciências Biológicas

Responsavel: edson
Categoria: Aplicação
Formato: Documento PDF
Arquivo: Tese_AlmeidaDL_Comp_vf_.pdf
Tamanho: 1092 Kb (1117703 bytes)
Criado: 23-11-2017 16:52
Atualizado: 23-11-2017 17:00
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