Εμβρυϊκός προγραμματισμός (fetal programming) της ανάπτυξης του εγκεφάλου (brain development) μέσω επιγενετικών μεταβολών γονιδιακής έκφρασης σε επίμυες με υπολειπόμενη σωματική αύξηση (FGR-fetal growth restriction)

Abstract

Intrauterine growth restriction (IUGR) has been associated with increased pre-, periandpostnatal morbidity and mortality. Altered protein expression profiles associatedwith IUGR may be informative on the pathological mechanisms of this condition andmight reveal potential markers for postnatal complications. We hypothesized thatnutrient manipulation of the pregnant rat, during the last third of gestation, mightinfluence the expression of important proteins in the resultant IUGR offspring.Therefore, we aimed to determine the proteins which show differential expression innewborn rat brain tissue between I.U.G.R. and normal state.Maternal food was restricted in a moderate fashion (50%), during the last week ofgestation. There was no statistically significant change in litter size between the twogroups. In contrast, I.U.G.R. newborn pups presented lower birth weight and brainweight than control pups (statistically significant change).Two-dimensional electrophoresis and mass spectrometry, as well as Western blotanalysis were employed in brain tissue from 24 I.U.G.R. newborn rats and 24controls. Using PDQuest image processing software we identified several proteinswhich were differentially expressed between the two groups. Collapsin responsemediator proteins (CRMP-1, CRMP-2, CRMP-4, CRMP-5) which are involved inneuronal growth, were found to be reduced in I.U.G.R. group. Proteins related toenergy-sensing pathways (alpha-enolase) and redox status (peroxiredoxin-2, 14-3-3protein epsilon and 14-3-3 protein gamma), molecular chaperones (calreticulin, heatshock 70 kDa protein 4, heat shock protein HSP90-beta and T-complex protein 1subunit beta) and enzymes (elongation factor 2 and pyruvate kinase isozymes M1/M2)were found to be differentially expressed between two groups. The expression ofalpha-fetoprotein, Pre-mRNA-processing factor 19 and fascin was decreased inI.U.G.R. group.The altered expression of proteins reflects to epigenetic programming during neonatalperiod of life and these specific proteins may be involved in fetal programming ofbrain development in I.U.G.R.

Η ενδομήτρια υπολειπόμενη αύξηση (ΕΥΑ) σχετίζεται με αυξημένο κίνδυνο προ-,περι- και μεταγεννητικής νοσηρότητας και θνησιμότητας. Το διαφοροποιημένοπροφίλ έκφρασης των πρωτεϊνών που σχετίζεται με ΕΥΑ, μπορεί να προσθέσειπληροφορίες αυτής της κατάστασης και να αποκαλύψει πιθανούς δείκτες τωνμεταγεννητικών επιπλοκών. Υποθέσαμε ότι η παρέμβαση στη διατροφή τουκυοφορούντος επίμυος κατά το τελευταίο τρίτο της κύησης θα μπορούσε ναεπηρεάσει την έκφραση σημαντικών πρωτεϊνών στους ΕΥΑ απογόνους. Για το λόγοαυτό θέλαμε να προσδιορίσουμε τις πρωτεΐνες, που παρουσιάζουν διαφοροποιημένηέκφραση, στον εγκέφαλο νεογέννητων επιμύων μεταξύ της παθολογικής (IUGR) καιφυσιολογικής κατάστασης.Κατά τον περιορισμό της διατροφής της μητέρας κατά 50% την τελευταία εβδομάδατης κύησης, διαπιστώθηκε ότι δεν παρατηρήθηκε στατιστικά σημαντική διαφορά στομέσο όρο του μεγέθους της τοκετοομάδας μεταξύ των δύο ομάδων. Αντιθέτως, ομέσος όρος του σωματικού βάρους και του βάρους των εγκεφάλων της ομάδας ΕΥΑμειώθηκε στατιστικά σημαντικά σε σύγκριση με την ομάδα ελέγχου.Χρησιμοποιήθηκε ηλεκτροφόρηση δύο διαστάσεων σε πηκτή πολυακρυλαμιδίου (2-DE) και φασματομετρία μάζας, όπως επίσης και ανοσοαποτύπωση κατά Western σε24 ιστούς εγκεφάλου νεογνών επιμύων με ΕΥΑ και 24 ιστούς εγκεφάλουφυσιολογικών νεογνών επιμύων. Με τη χρήση του λογισμικού PDQuest v.8.0προσδιορίσαμε αρκετές πρωτεΐνες που είχαν διαφοροποιημένη έκφραση μεταξύ τωνδύο ομάδων. Οι πρωτεΐνες που εμπλέκονται στη νευρωνική ανάπτυξη Collapsinresponse mediator protein (CRMP-1, CRMP-2, CRMP-4, CRMP-5) βρέθηκανμειωμένες στην ομάδα ΕΥΑ. Διαφοροποιημένη έκφραση μεταξύ των δύο ομάδωνβρέθηκε για τις πρωτεΐνες που εμπλέκονται στο μεταβολισμό της ενέργειας (alphaenolase), στην οξειδωτική κατάσταση (peroxiredoxin-2, 14-3-3 protein epsilon και14-3-3 protein gamma), σε μοριακούς συνοδούς (calreticulin, heat shock 70 kDaprotein 4, heat shock protein HSP90-beta και T-complex protein 1 subunit beta) καιένζυμα (elongation factor 2 και pyruvate kinase isozymes M1/M2). Επιπλέον, ηέκφραση της alpha-fetoprotein, του Pre-mRNA-processing factor 19 και της fascinβρέθηκε μειωμένη στην ομάδα ΕΥΑ.Η διαφοροποιημένη έκφραση των πρωτεϊνών αντανακλά στον επιγενετικόπρογραμματισμό κατά τη νεογνική περίοδο ζωής και οι συγκεκριμένες πρωτεΐνεςμπορεί να εμπλέκονται στον εμβρυϊκό προγραμματισμό της ανάπτυξης τουεγκεφάλου σε ΕΥΑ.