Тип работы:
Предмет:
Язык работы:


МЕХАНИЗМЫ РАЗВИТИЯ МЕТАБОЛИЧЕСКОГО СИНДРОМА В МЫШИНОЙ МОДЕЛИ «ЗАПАДНОЙ ДИЕТЫ» И ПРИ ДЕФИЦИТЕ СЕРОТОНИНОВОГО ТРАНСПОРТЕРА

Работа №185116

Тип работы

Дипломные работы, ВКР

Предмет

биология

Объем работы86
Год сдачи2021
Стоимость4860 руб.
ПУБЛИКУЕТСЯ ВПЕРВЫЕ
Просмотрено
15
Не подходит работа?

Узнай цену на написание


ВВЕДЕНИЕ 6
Актуальность темы 6
Цель работы 8
Задачи работы 8
Новизна темы 9
ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 10
1.1 Определение, основные симптомы и социальная значимость МС 10
1.2 Патогенез МС 13
1.2.1 Общая схема патогенеза МС 13
1.2.2 Механизмы развития периферической симптоматики МС 14
1.2.3 Развитие психоневрологических нарушений при МС 16
1.2.3.1 Хроническое воспаление в ЦНС 18
1.2.3.2 Роль сигнальных путей инсулиновых и лептиновых рецепторов в
развитии психоневрологической симптоматики МС 19
1.2.3.3 Оксидативный стресс как механизм развития патологий ЦНС при МС:
роль ферментов аргиназы и NO-синтазы, регулирующих концентрацию оксида
азота 21
1.3 Алиментарные факторы развития МС 23
1.3.1 Обзор алиментарных факторов развития МС 23
1.3.2 «Западная диета» как фактор развития МС 26
1.3.3 Модель потребления «западной диеты» на мышах 27
1.4 Пожилой возраст как фактор риска развития МС 29
1.5 Г енетические факторы развития МС 29
1.5.1 Генетические факторы, обусловливающие предрасположенность к
развитию МС 29
1.5.2 Связь полиморфизмов гена серотонинового транспортера SERT и
развития МС 30
1.5.3 Роль снижения функции SERT в психоневрологических нарушениях при МС 32
1.5.4 Мышиная модель сниженной функции SERT 33
ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ 35
2.1 Лабораторные животные 35
2.2 Используемый корм и общий план эксперимента 35
2.3 Генотипирование лабораторных мышей по гену Sert 37
2.3.1 Выделение геномной ДНК 37
2.3.2 Постановка ПЦР 38
2.3.3 Электрофорез продукта амплификации 39
2.4 Поведенческое тестирование в «открытом поле» 40
2.4.1 Проведение теста 40
2.4.2 Анализ результатов 40
2.5 Тест толерантности к глюкозе 41
2.6 Гуманная эвтаназия животных и взятие биологических образцов 42
2.6.1 Процедура эвтаназии 42
2.6.2 Взятие образца крови и перфузия 42
2.6.3 Диссекция печени и структур головного мозга 43
2.7 Выделение РНК и обратная транскрипция 44
2.8 Постановка количественной ПЦР 45
2.9 Экстракция, биохимический и иммуноферментный анализ плазмы крови 47
2.10 Статистический анализ данных 47
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ 49
3.1 Результаты 49
3.1.1 Масса тела и потребление корма и воды 49
3.1.2 Тест толерантности к глюкозе, биохимический анализ плазмы 50
3.1.3 Экспрессия целевых генов в печени и структурах ЦНС 52
3.1.3.1 Экспрессия генов рецепторов инсулина и лептина 52
3.1.3.2 Экспрессия генов NO-синтаз 55
3.1.3.3 Экспрессия генов аргиназы 1 и аргиназы 2 57
3.1.3.4 Экспрессия генов провоспалительных цитокинов 58
3.1.4 Поведенческий тест «открытое поле» 61
3.1.4.1 Параметры общей локомоторной активности 61
3.1.4.2 Параметры исследовательского поведения 61
3.1.4.3 Параметры тревожности 62
3.1.5 Параметры, отражающие состояние тела животных 64
3.2 Обсуждение полученных результатов 65
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 71
ВЫВОДЫ 73
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 74
ПРИЛОЖЕНИЕ. РЕЗУЛЬТАТЫ СТАТИСТИЧЕСКОГО АНАЛИЗА ДАННЫХ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ДВУХФАКТОРНОГО ДИСПЕРСИОННОГО АНАЛИЗА 85 


Актуальность темы
Метаболический синдром (МС) - симптомокомплекс, включающий снижение толерантности к глюкозе, инсулинорезистентность, дислипидемию и абдоминальное ожирение. В мире наблюдается быстрый рост распространения метаболических расстройств и, что существенно, доказана их связь с тяжелым течением и смертностью от COVID-19. Эти факты приводят в том числе и ко все увеличивающимся расходам системы здравоохранения на лечение метаболического синдрома и сопутствующих расстройств. Часто признаки МС сопровождаются нейропсихиатрическими отклонениями, что приводит к ухудшению качества жизни, снижению активности и, наконец, невозможности выполнять ежедневные задачи.
Наиболее важные внешние факторы развития МС - значительное превышение количества потребляемых калорий над количеством расходуемых, а также склонность к употреблению так называемой «западной диеты», богатой легкоусвояемыми углеводами (глюкозой, фруктозой), насыщенными жирными кислотами и холестерином, а также бедной клетчаткой, ненасыщенными жирными кислотами и белком [32, 74]. В связи с высокими темпами современной жизни, все больше людей питаются в ресторанах быстрого питания, употребляют высококалорийную пищу в сочетании с низкими ежедневными физическими нагрузками.
Помимо внешних факторов, генетические механизмы играют большую роль в предрасположенности к МС. В качестве одного из таких механизмов может рассматриваться сниженная активность серотонинового транспортера (SERT). Серотониновый транспортер осуществляет обратный захват 5-гидрок- ситрипатамина (серотонина) пресинаптическим нейроном, тем самым повышая его доступность для клетки. Дефицит активности SERT в ЦНС и периферических тканях, обусловленный генотипом s/s или s/l по локусу SERTPR, имеется в среднем у 20-60% популяции [94] и связан с повышенным риском развития ин- сулинорезистентности и диабета 2 типа (Д2Т), особенно проявляющихся при старении [118], а также более выраженного у женщин и сопровождающегося повышенным риском развития поведенческих и психических расстройств [125]. Генетический дефицит SERT был воспроизведен на мышах с полным или частичным отсутствием этого гена; ранние и недавние работы показали возможность развития некоторых признаков МС у этих животных [129], причём симптомы развиваются у животных при старении и усугубляются содержанием на высококалорийном питании, имитирующем «западную диету».
Таким образом, развитие МС обусловлено как генетическими факторами, так и условиями окружающей среды. Особенно актуальным видится изучение взаимодействия этих двух факторов, так как сочетание генетически обусловленной сниженной активности SERT и высокого уровня потребления «западной диеты» часто встречаются в человеческой популяции и усугубляются с возрастом. Наличие экспериментальной модели на животных, в которой воспроизводятся и генетическая, и алиментарная составляющие данного взаимодействия, позволяет изучать метаболические, молекулярные и поведенческие последствия, а также делать выводы о возможных механизмах развития МС и сопутствующих отклонений.
Поскольку влияние на наследственный аппарат с целью коррекции развития МС представляется на данный момент невозможным, а изменение пищевых привычек затруднительно [9], актуален поиск дополнительных подходов к профилактике МС, в том числе фармакологических. В настоящее время предложено немало средств такого рода, однако их применение и эффективность при МС остаются ограниченными. Определение механизмов развития МС, в том числе связанных с функционированием инсулиновой и лептиновой систем [79, 81], работой ферментов, определяющих уровень синтеза оксида азота [139], а также провоспалительными изменениями расширит возможности поиска новых лекарственных соединений, действующих на ранее малоизученные звенья патогенеза МС.
Цель работы
Целью данной работы является изучение нейробиологических и метаболических изменений при развитии МС, обусловленного генетическим дефицитом Sert, в модели на генетически модифицированных мышах на фоне старения и при подаче экспериментальной «западной диеты».
Задачи работы
Для реализации поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Измерить относительную экспрессию ряда молекулярных факторов методом ПЦР в гиппокампе, префронтальной коре (ПФК), гипоталамусе, дорсальном ядре шва (ДЯШ) и печени Sert-дефицитных 12-месячных мышей и контрольных мышей линии C57BL/6J, на фоне нормальной диеты и «западной диеты»: Insr (рецептор инсулина - изоформы A и B); Lepr (рецептор лептина; изоформы A и B); NO-синтазы - Nos2 (iNOS), Nos3 (eNOS), Nosl (nNOS); аргиназы - Argl, Arg2 (аргиназа 1 и 2); Illb (интерлейкин 1-бета); Tnf (фактор некроза опухоли); Il6 (интерлейкин-6).
2. Оценить показатели толерантности к глюкозе у животных в экспериментальных группах.
3. Определить изменения биохимических показателей крови: общего холестерина, триглицеридов, лептина.
4. Сравнить выраженность абдоминального ожирения между группами контрольных и экспериментальных животных.
5. Исследовать поведенческие изменения, отражающие локомоторную активность, тревожность и исследовательское поведение в тесте «открытое поле».
Новизна темы
В своей работе я проводил изучение биохимических, молекулярных и физиологических факторов развития МС у стареющих самок мышей с генетическим дефицитом SERT в модели потребления «западной диеты». В то время как ранее были показаны некоторые метаболические отклонения в мышиной модели сниженной экспрессии SERT, эффекты взаимодействия этого фактора с фактором «западной диеты», в особенности на фоне старения, исследованы недостаточно. Так, до настоящего момента не была изучена роль лептиновой, инсулиновой и NO-зависимой систем сигнализации, в том числе в ЦНС, в формировании метаболических отклонений при генетически обусловленном дефиците Sert и содержании мышей на «западной диете». Кроме того, данная работа демонстрирует ранее неизвестные эффекты изучаемых факторов на биохимические показатели крови и поведенческие параметры в данной модели.


Возникли сложности?

Нужна помощь преподавателя?

Помощь в написании работ!


Получение новых данных о механизмах развития компонентов метаболического синдрома может принести пользу в ранней диагностике и профилактике этого состояния. Эта и другие работы, проведенные на моделях дефицита серотонинового транспортера на мышах, демонстрируют прочную феноменологическую связь сниженной экспрессии гена Slc6a4 с возникновением метаболических и поведенческих отклонений. В частности, развитие избыточной массы тела, дислипидемии, а также нейрогуморальной регуляции метаболизма представляют особенно опасные патогенетические звенья развития метаболического синдрома и составляющих его нозологий.
Дальнейшее изучение молекулярных и нейробиологических механизмов, связывающих снижение активности серотонинового транспортера и развития метаболических отклонений, может предоставить исследователям новые мишени для разработки фармакологических средств и терапевтических схем. Результаты данной работы подчеркивают роль измененной инсулиновой и лептиновой регуляции метаболизма в исследуемой модели, а также изменений в обмене глюкозы, развития локального воспаления в структурах ЦНС, повышения уровня тревожности. Кроме того, полученные данные позволили подтвердить роль употребления диеты, богатой жирами и углеводами (так называемой «западной диеты») в развитии избыточной массы тела, инсулинорезистентности, локального воспаления в гипоталамусе и подавления исследовательского поведения.
Принимая во внимание распространенность рациона питания, соответствующего по составу «западной диете», а также указанную ранее высокую встречаемость полиморфизма, приводящего к снижению экспрессии SERT, взаимное потенцирующее действие этих факторов на развитие компонентов метаболического синдрома представляется исключительно актуальным и требующим дальнейшего изучения не только в моделях на животных, но и в человеческой популяциях.
Автору данной работы представляется, что добровольное генотипирование индивидов по локусу 5-HTTPR может оказаться полезным для определения относительного риска развития ожирения, инсулинорезистентности и диабета 2 типа. Кроме того, эта информация позволит корректировать диету и подбирать персонализированные схемы лечения, учитывая подлежащий наследственный фактор, особенно среди лиц старшей возрастной категории.
ВЫВОДЫ
В ходе работы были сделаны следующие выводы:
1. В модели на 12-месячных мышах употребление «западной диеты» вызывает гиперхолестеринемию, снижение толерантности к глюкозе и развитие ожирения, причём последнее потенцируется генетически обусловленным полным дефицитом серотонинового транспортера.
2. При употреблении высококалорийной диеты дефицит серотонинового транспортера приводит к снижению экспрессии рецепторов к лептину и инсулину в печени; в головном мозге - изменениям инсулиновой регуляции метаболизма.
3. При употреблении «западной диеты» у животных-нокаутов в печени возрастает уровень экспрессии ИЛ-10, аргиназы-2 и индуцибельной NO- синтазы; в гипоталамусе - ИЛ-10 и эндотелиальной NO-синтазы, что может отражать развитие умеренного воспаления в обеих структурах.
4. Действие генотипа Sert-' у мышей повышает тревожность и подавляет исследовательское поведение при сохранности локомоторной активности.



1. Abou Ziki M. D., Mani A. Metabolic syndrome: genetic insights into disease pathogenesis // Current Opinion in Lipidology. 2016. № 2 (27). C. 162-171.
2. Agodi A. [и др.]. Association of Dietary Patterns with Metabolic Syndrome: Results from the Kardiovize Brno 2030 Study // Nutrients. 2018. № 7 (10).
3. Alberti K. G. M. M. [и др.]. The metabolic syndrome--a new worldwide definition // Lancet (London, England). 2005. № 9491 (366). C. 1059-1062.
4. Alberti K. G. M. M., Zimmet P., Shaw J. Metabolic syndrome--a new world-wide definition. A Consensus Statement from the International Diabetes Federation // Diabetic Medicine: A Journal of the British Diabetic Association. 2006. № 5 (23). C. 469480.
5. Alberti K. G., Zimmet P. Z. Definition, diagnosis and classification of diabetes melli- tus and its complications. Part 1: diagnosis and classification of diabetes mellitus provisional report of a WHO consultation // Diabetic Medicine: A Journal of the British Diabetic Association. 1998. № 7 (15). C. 539-553.
6. Amin K. A., Kamel H. H., Abd Eltawab M. A. The relation of high fat diet, metabolic disturbances and brain oxidative dysfunction: modulation by hydroxy citric acid // Lipids in Health and Disease. 2011. № 1 (10). C. 74.
7. Arai H. [и др.]. Prevalence of the metabolic syndrome in elderly and middle-aged Japanese // Journal of Clinical Gerontology and Geriatrics. 2010. № 2 (1). C. 42-47.
8. Arsyad A. [и др.]. Long-Term Ketogenic Diet Induces Metabolic Acidosis, Anemia, and Oxidative Stress in Healthy Wistar Rats // Journal of Nutrition and Metabolism. 2020. (2020). C. 1-7.
9. Aspry K. E. [и др.]. Medical Nutrition Education, Training, and Competencies to Advance Guideline-Based Diet Counseling by Physicians: A Science Advisory From the American Heart Association // Circulation. 2018. № 23 (137). C. e821-e841.
10. Assuncao N. [и др.]. Metabolic Syndrome and cognitive decline in the elderly: A systematic review // PloS One. 2018. № 3 (13). C. e0194990.
11. Bahniwal M., Little J. P., Klegeris A. High Glucose Enhances Neurotoxicity and Inflammatory Cytokine Secretion by Stimulated Human Astrocytes // Current Alzheimer Research. 2017. № 7 (14). C. 731-741.
12. Balkau B., Charles M. A. Comment on the provisional report from the WHO consultation. European Group for the Study of Insulin Resistance (EGIR) // Diabetic Medicine: A Journal of the British Diabetic Association. 1999. № 5 (16). C. 442-443.
13. Belsare P. V. [и др.]. Metabolic syndrome: aggression control mechanisms gone out of control // Medical Hypotheses. 2010. № 3 (74). C. 578-589.
14. Beversdorf D. Q. [и др.]. Influence of Serotonin Transporter SLC6A4 Genotype on the Effect of Psychosocial Stress on Cognitive Performance: An Exploratory Pilot Study // Cognitive and Behavioral Neurology: Official Journal of the Society for Behavioral and Cognitive Neurology. 2018. № 2 (31). C. 79-85.
15. Bhatti J. S., Bhatti G. K., Reddy P. H. Mitochondrial dysfunction and oxidative stress in metabolic disorders — A step towards mitochondria based therapeutic strategies // Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Molecular Basis of Disease. 2017. № 5 (1863). C. 1066-1077...143


Работу высылаем на протяжении 30 минут после оплаты.




©2025 Cервис помощи студентам в выполнении работ