Поиск эффекторных звеньев метаболизма, регулируемых алиментарными факторами при ожирении, для разработки инновационных специализированных пищевых продуктов

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 17-16-01043

НазваниеПоиск эффекторных звеньев метаболизма, регулируемых алиментарными факторами при ожирении, для разработки инновационных специализированных пищевых продуктов

Руководитель Гмошинский Иван Всеволодович, Доктор биологических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр питания, биотехнологии и безопасности пищи , г Москва

Конкурс №18 - Конкурс 2017 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 06 - Сельскохозяйственные науки; 06-302 - Функциональные и специальные продукты питания

Ключевые слова Ожирение, специализированные пищевые продукты, геном, транскриптом, протеом, биологические модели, лабораторные животные

Код ГРНТИ65.09.05; 65.29.03; 76.03.31

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Актуальность темы. Алиментарно-зависимые заболевания, в том числе ожирение и метаболический синдром, занимают одно из ведущих мест в структуре заболеваемости населения Российской Федерации, способны приводить к высокой смертности и инвалидизации больных, а на поздних стадиях требуют применения высокотехнологичной медицинской помощи, требующей значительных непродуктивных финансовых затрат. Решение проблемы профилактики, раннего выявления и эффективного лечения алиментарно-зависимых заболеваний возможно на пути использования персонифицированной диетотерапии, основанной на использовании нового поколения специализированных пищевых продуктов, а также функциональных пищевых продуктов, обладающих научно обоснованной и подтвержденной способностью снижать риск развития и тяжесть течения этих заболеваний за счет наличия в их составе физиологически активных пищевых ингредиентов, оказывающих целенаправленное корректирующее воздействие на нарушенный углеводно-энергетический и липидный метаболизм. Известно, что развитие воспаления является одним из основных физиологических ответов организма на несбалансированные диеты, характеризующиеся повышенным содержанием животных жиров, простых углеводов, соли и низким уровнем пищевых волокон, потребление которых сочетается с низким уровнем физической активности. Такие диеты активируют продукцию большим пулом иммунных и не иммунных клеток человека провоспалительных молекул, таких как цитокины, хемокины и ростовые факторы. Дополнительным фактором развития системного воспаления при ожирении, метаболическом синдроме и диабете является нарушение состава микрофлоры кишечника, приводящее к изменению функционирования местного иммунитета. Жировая ткань представляет собой богатый источник провоспалительных цитокинов, и избыточное накопление жиров в адипоцитах ассоциируется с хроническим субклиническим воспалительным состоянием. Механизмы роста и накопления жировой ткани тесно связаны с нейроэндокринным контролем аппетита и расхода энергии. Другой важной группой клеток, вовлеченных в процессы нарушения нормальной регуляции потребления пищи, чувства голода и насыщения при ожирении являются глиальные клетки ЦНС. Нейроглия участвует в транспорте нутриентов, гормонов и нейротрансмиттеров, секретирует ростовые факторы, гормоны, цитокины и глиотрансмиттеры, а также является источником предшественников нейронов. В числе нейромедиаторов центральная роль в регуляции ожирения принадлежит серотонину. Показана корреляция концентрации серотонина в крови и развитием ожирения. Физические нагрузки и низкокалорийные диеты, основанные на использовании в рационах овощей, фруктов, рыбы, кисломолочных продуктов, про- и пребиотиков и других источников физиологически активных нутриентов действуют на транскрипционные ядерные факторы и ферменты, которые активируют метаболические пути, подавляющие синтез провоспалительных молекул, а также стимулируют развитие полезной симбиотической микрофлоры кишечника. В настоящее время можно считать установленным, что использование в составе диетических лечебных и функциональных пищевых продуктов, пищевых волокон и минорных физиологически активных веществ, оказывает разнообразное влияние на иммунную систему организма. Вместе с тем, недостаточно изучены многие вопросы, связанные с влиянием указанных компонентов рациона на транскриптомный профиль, метаболические и сигнальные сети организма, задействованные в патогенезе ожирения, в частности, такие как бета-окисление жирных кислот в митохондриях и пероксисомах, регулируемую по PPAR-сигнальному пути, транскрипционная элонгация, ацетилирование гистонов, модификация факторов транскрипции, ремоделирование нуклеосом, метилирование ядерной ДНК, синтез и деградация микро- и малых интерферирующих РНК, статус минеральных веществ, включая цинк, магний, хром. Научная новизна. В ходе реализации проекта впервые будет установлена взаимосвязь между пищевыми факторами и воспалением с использованием различных транскрипционных факторов, участвующих в воспалительном ответе. Впервые будет охарактеризовано участие в развитии иммунопатологической воспалительной реакции при ожирении системы из сотен генов, в норме способствующих защите хозяина от инфекции и травмы, с помощью одновременного полнотранскриптомного профилирования ткани печени, жировой ткани и различных отделов головного мозга лабораторных животных (крыс и мышей различных линий), дополненного протеомными и метаболомными исследованиями, оценкой микроэлементного статуса и биоинформатическим анализом. При моделировании алиментарно-зависимых состояний у лабораторных грызунов будет впервые использован комплекс двух альтернативных подходов. Первый из них состоит в использовании нокаутных по отдельным ключевым генам липидного и углеводного обмена животных, таких, например, как крысы линии Zucker или мыши линии ob-/ob-, мутантные по гену лептина или его рецептора) у которых ожирение развивается спонтанно при потреблении сбалансированного рациона. Данная модель в наибольшей степени соответствует наследственным гиперлипидемиям и ожирению, наблюдаемым у людей при некоторых полиморфизмах генов липидного обмена. Второй подход состоит в кормлении животных обычных инбредных или аутбредных линий рационами с несбалансированным соотношением растительных и животных жиров и простых углеводов, а также с повышенным содержанием холестерина. Эта in vivo модель более релевантна к алиментарному ожирению и связанным с ним сопутствующим патологиям, наблюдаемым в генетически полиморфных человеческих популяциях. В свете вышеизложенного, предлагается впервые в практике нутрициологии разработать систему методов оценки эффективности биологически активных веществ, используемых в качестве ингредиентов нового поколения специализированных диетических лечебных и функциональных пищевых продуктов, применяемых в терапии ожирения, с использованием in vivo моделей ожирения на разных линиях/видах линейных и нокаутных животных, получающих экспериментальные рационы, в том числе, с включением указанных биологически активных веществ, с анализом полученного от них биологического материала (образцов тканей периферических органов и ЦНС) с помощью современных геномных, транскриптомных и протеомных методов и последующим статистическим и биоинформатическим анализом в целях выявления биологических маркеров, в наибольшей степени реагирующих на применяемые диетические манипуляции. Целью исследования по проекту является выявление эффекторных звеньев метаболизма, регулируемых алиментарными факторами при ожирении, на экспериментальных in vivo моделях лабораторных животных, и поиск на этой основе наиболее информативных молекулярных (геномных и постгеномных) маркеров, характеризующих эффективность биологически-активных веществ, применяемых в качестве ингредиентов инновационных специализированных пищевых продуктов. Задачи исследования 1. Воспроизведение экспериментальных in vivo моделей ожирения у нокаутных (линия мышей оb-/ob-; линия крыс DAT-KO), мутантной линии (линия крыс Zucker) и конвенциональных (крысы аутбредной линии Wistar и инбредной линии Dark Aguti; мыши инбредных линий C57Black/6J и DBA/2J, аутбредная линия мышей ICR-1) линий крыс и мышей путем их кормления опытными рационами с изменением квоты общих жиров и простых углеводов и подтверждение адекватности данных моделей соответствующей патологии человека. 2. Кормление животных экспериментальными рационами с повышенным содержанием жиров, углеводов и холестерина и с включением ингредиентов, предназначенных для использования в составе новых специализированных пищевых продуктов, таких как аминокислоты (глицин, тирозин, триптофан), биологически активные вещества (ресвератрол, куркумин), антиоксиданты (флавоноиды), l-карнитин и минеральные вещества (магний, цинк, хром). 3. Разработка высокочувствительных методик оценки транскриптомных, протеомных, иммунологических показателей и индикаторов микроэлементного гомеостаза для биологических образцов (печень, мозг, жировая ткань, плазма крови, цельная кровь), полученных от линейных и нокаутных лабораторных животных (крыс и мышей), являющихся in vivo моделями ожирения; 4. Разработка алгоритмов выявления молекулярных механизмов ожирения с помощью транскриптомных, протеомных и иммунологических методов исследования на экспериментальных in vivo моделях; 5. Оценка терапевтического действия биологически активных ингредиентов специализированных пищевых продуктов с использованием методов математической статистики и биоинформатики; 6. Разработка рекомендаций по эффективному использованию биологически-активных ингредиентов в новых видах специализированных пищевых продуктов для диетотерапии ожирения Применяемые методы исследования: методы экспериментальной диетологии, геномные и постгеномные (транскриптомные, протеомные, иммунологические) методы исследования, включая количественную ПЦР в «реальном времени», ОТ-ПЦР, полнотранскриптомной профилирование на ДНК-микрочипах, мультиплексный иммуноанализ, ИФА, 2D- гель-электрофорез, хромато-масс-спектрометрия, масс-спектрометрия с индуктивно связанной плазмой, методы математической статистики и биоинформатического анализа.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Мжельская К.В., Шипелин В.А., Апрятин С.А., Сото С.Х., Шума-кова А.А., Евстратова В.С., Кирбаева Н.В., Трусов Н.В., Гмошинский И.В. Влияние рациона с избытком жиров и углеводов на нейромоторную функцию, когнитивные, интегральные и биохимические показатели крыс и мышей различных линий Российский Физиологический журнал им.И.М.Сеченова, Том 104, № 4, С.452-465 (год публикации - 2018)

2. Гмошинский И.В., Апрятин С.А., Шипелин В.А., Никитюк Д.Б. Нейромедиаторы и нейропептиды - биомаркеры метаболических нарушений при ожирении Проблемы эндокринологии, Том 64, № 4, С.259-270 (год публикации - 2018)
10.14341/probl9466

3. Гмошинский И.В., Апрятин С.А., Шарафетдинов Х.Х., Никитюк Д.Б., Тутельян В.А. Роль транскриптомики в исследовании патогенетических механизмов алиментарного ожирения в клинике и эксперименте Вестник РАМН, Т.73. №3. С. 172–180. (год публикации - 2018)
10.15690/vramn973

4. Апрятин С.А., Шипелин В.А., Кирбаева Н.В., Трусов Н.В., Гайнетдинов Р.Р. Нейронутрициология: перспективное современное направление исследований алиментарно-зависимых заболеваний Вопросы питания, Том 87, № 5, Приложение, С.23-24 (год публикации - 2018)
10.24411/0042-8833-2018-10103

5. Трусов Н.В., Апрятин С.А., Мжельская К.В. Влияние гиперкалорийного рациона и кверцетина на полнотранскриптомный профиль ткани печени крыс линии Zucker Вопросы питания, Том 87, № 5, Приложение, С.44-45 (год публикации - 2018)
10.24411/0042-8833-2018-10129

6. Апрятин С.А., Шипелин В.А., Мжельская К.В., Евстратова В.С., Трусов Н.В., Кирбаева Н.В., Гайнетдинов Р.Р., Гмошинский И.В. Comparative analysis of the effects of high-fat and high-carbohydrate diet on the level of anxiety, neuromotor and cognitive function of the dopamine transporter knockout rats in diet-induced obesity Proceedings of the 25th Multidisciplinary International Neuroscience and Biological Psychiatry Conference “Stress and Behavior”, St-Petersburg, Russia, 16-19 May 2018, С.40-41 (год публикации - 2018)

7. Мжельская К.В., Шипелин В.А., Шумакова А.А., Евстратова А.Д., Резаева Д.М., Трусов Н.В., Кирбаева Н.В., Апрятин С.А., Гмошинский И.В. Effects of quercetin on neuromotor function and behavioral responses of the Zucker rats on a high-fat and high-carbohydrate diet Proceedings of the 25th Multidisciplinary International Neuroscience and Biological Psychiatry Conference “Stress and Behavior”, St-Petersburg, Russia, 16-19 May 2018, С.41 (год публикации - 2018)

8. Гмошинский И.В.,Трусов Н.В., Апрятин С.А.,Мжельская К.В., Наумов В.А., Горбачев А.Ю. Влияние гиперкалорийного рациона и кверцетина на полнотранскриптомный профиль ткани печени крыс линии Zucker LEPRfa Проблемы эндокринологии (год публикации - 2019)

9. Гмошинский И.В., Апрятин С.А., Никитюк Д.Б. Роль эпигенетических эффектов и экспрессии регуляторных микроРНК в регуляции массы тела у млекопитающих Успехи физиологических наук (год публикации - 2019)

10. Апрятин С.А., Шипелин В.А., Трусов Н.В., Мжельская К.В., Евстратова В.С., Кирбаева Н.А., Сото Х.С., Фесенко З.С., Гайнетдинов Р.Р., Гмошинский И.В. Comparative analysis of the influence of a high-fat/ high-carbohydrate diet on the level of anxiety and neuromotor and cognitive functions in Wistar and DAT-KO rats Physiological Reports, Vol. 7, Iss. 4, P. e13987 (год публикации - 2019)
10.14814/phy2.13987

11. Мжельская К.В., Шипелин В.А., Шумакова А.А., Мусаева А.Д., Сото Х.С., Ригер Н.А., Трусов Н.В., Кирбаева Н.В., Апрятин С.А., Гмошинский И.В. Effects of quercetin on the neuromotor function and behavioral responses of Wistar and Zucker rats fed a high-fat and high-carbohydrate diet Behavioural Brain Research, Volume 378, P. 112270 (год публикации - 2020)
10.1016/j.bbr.2019.112270

12. Шипелин В.А., Трусов Н.В., Мжельская К.В., Шумакова А.А. , Тимонин А.Н. , Апрятин С.А. Модулирующее действие тирозина и триптофана на нейроэндокринную регуляцию при диет-индуцированном ожирении in vivo Сборник Материалов II Школы Молодых Ученых «Основы здорового питания и пути профилактики алиментарно-зависимых заболеваний» г. Москва, 23-25 октября 2019 г., С. 127-129 (год публикации - 2019)
10.17605/OSF.IO/RE46T

13. Мжельская К.В., Трусов Н.В., Апрятин С.А., Сото С.Х., Гмошинский И.В., Тутельян В.А. Влияние кверцетина на экспрессию генов ферментов углеводного и липидного обмена в печени у крыс с генетически обусловленным и алиментарным ожирением Вопросы питания, Том 88, № 2, С. 6-16 (год публикации - 2019)
10.24411/0042-8833-2019-10012.

14. Ригер Н.А., Евстратова В.С., Тимонин А.Н., Апрятин С.А., Гайнетдинов Р.Р., Гмошинский И.В. Сравнение цитокинового и адипокинового профиля крыс линий Dat-ko(dat-/-), Wistar и Zucker (fa+/fa+) при потреблении рациона с высоким соде ржанием жира и фруктозы Иммунология, Том 39, № 5-6, С. 262-266 (год публикации - 2018)
10.18821/0206-4952-2018-39-5-6-262-269

15. Трусов Н.В., Мжельская К.В., Шипелин В.А., Шумакова А.А., Тимонин А.Н., Ригер Н.А., Апрятин С.А., Гмошинский И.В., Никитюк Д.Б. Влияние l-карнитина на иммунологические, интегральные и биохимические показатели мышей, получающих рацион с избытком жира и фруктозы Российский Физиологический Журнал им. И.М. Сеченова, Том 105, № 5, C. 619–633 (год публикации - 2019)
10.1134/S0869813919050121

16. Мжельская К.В., Трусов Н.В., Шипелин В.А., Шумакова А.А., Апрятин С.А., Гмошинский И.В. Resveratrol affects neuromotor and behavioral functions of DBA/2J mice and the DBCB tetrahybrids with diet-induced obesity 26th International Multidisciplinary Neuroscience and Biological Psychiatry “Stress and Behavior” Conference, St. Petersburg, Russia, May 16-19, 2019, P. 41-42 (год публикации - 2019)

17. Трусов Н.В., Мжельская К.В., Шипелин В.А., Апрятин С.А., Гмошинский И.В. The influence of l-carnitine on behavioral, integral and biochemical responses in the mouse model of alimentary-induced obesity 26th International Multidisciplinary Neuroscience and Biological Psychiatry “Stress and Behavior” Conference, St.Petersburg, May 16-19, 2019, P. 43-44 (год публикации - 2019)

18. Апрятин С.А., Шипелин В.А., Трусов Н.В., Мжельская К.В., Кирбаева Н.В., Сото Х.С., Ригер Н.А., Гмошинский И.В Влияние кверцетина на метаболизм и поведенческие реакции мышей с нормальной и нарушенной рецепцией лептина Известия Российской Академии Наук. Серия биологическая (год публикации - 2020)

19. Мжельская К.В., Шипелин В.А., Апрятин С.А., Сото Х.С., Гмошинский И.В. Сравнительный анализ нейромоторной функции, когнитивных и интегральных показателей мышей и крыс различных линий на углеводно-жировой диет- индуцированной in vivo модели ожирения. СБОРНИК НАУЧНЫХ ТРУДОВ ВСЕРОССИЙСКОЙ НАУЧНО – ПРАКТИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИЯ С МЕЖДУНАРОДНЫМ УЧАСТИЕМ «ПРОФИЛАКТИЧЕСКАЯ МЕДИЦИНА -2017».- 06-07 декабря 2017 года.- под редакцией А.В.Мельцера, И.Ш.Якубовой.- СПб: Изд-во СЗГМУ им. И.И.Мечникова., 2017. Часть II. С.166-172. (год публикации - 2017)

Публикации