Ketogeenisen ruokavalion vaikutus maksasairauteen GRACILE-mitokondriotaudin hiirimallissa

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:NBN:fi:hulib-201507292675
Title: Ketogeenisen ruokavalion vaikutus maksasairauteen GRACILE-mitokondriotaudin hiirimallissa
Author: Purhonen, Janne
Other contributor: Helsingin yliopisto, Maatalous-metsätieteellinen tiedekunta, Elintarvike- ja ympäristötieteiden laitos
University of Helsinki, Faculty of Agriculture and Forestry, Department of Food and Environmental Sciences
Helsingfors universitet, Agrikultur- och forstvetenskapliga fakulteten, Institutionen för livsmedels- och miljövetenskaper
Publisher: Helsingin yliopisto
Date: 2015
Language: fin
URI: http://urn.fi/URN:NBN:fi:hulib-201507292675
http://hdl.handle.net/10138/155746
Thesis level: Master's thesis
Discipline: Näringslära
Nutrition
Ravitsemustiede
Abstract: GRACILE syndrome (Fellman disease) is a neonatal mitochondrial disorder with hepatopathy belonging to Finnish disease heritage. The GRACILE acronym comes from the most important clinical features of the disorder: fetal growth restriction, aminoaciduria, cholestasis (with steatosis and fibrosis), hepatic iron overload, lactic acidosis, and early death during infancy. The syndrome is caused by mutated (homoyzygous c.232A>G) BCS1L, a nuclear gene encoding a respiratory chain complex III assembly factor. BCS1L mutations compromise Rieske iron-sulfur protein incorporation into complex III, which leads to respiratory chain deficiency. Bcs1l c.232A>G knock-in C57BL/6 mouse model mimics the human disorder, and the homozygous mice (GRACILE mice) display growth restriction, progressive liver disease and a short life span. For a vast majority of mitochondrial disorders no effective treatments currently exist. One promising treatment strategy is to increase mitochondrial biogenesis with the idea that respiratory chain deficiency can be compensated by boosting mitochondrial function. In mouse models of mitochondrial myopathies induction of mitochondrial biogenesis with a transgene approach, pharmaceutical intervention or ketogenic diet has alleviated the disease. It has been hypothesized that ketogenic diet activates energy deprivation signals of the cells, which are the most important regulators of mitochondrial biogenesis. So far ketogenic diet has not been studied in animal models of mitochondrial hepatopathies. The objective of this master’s thesis was to study effect of ketogenic diet on hepatopathy of GRACILE mouse model. From weaning on, wild-type and homozygous mutant mice (n = 11 - 14 per group) were fed standard chow or ketogenic diet (90,5 E% fat) for three weeks after which the mice were sacrificed and tissues collected for analysis. The effect of ketogenic diet was evaluated with following methods: liver histology (H&E, Sirius Red, Oil Red O, PAS and semiquantitative scoring), liver triglyceride content, mitochondrial DNA copy number (qPCR), expression of selected genes (qPCR) and respiratory chain proteins (Western blot). The mice tolerated the ketogenic diet, and the diet did not affect weight gain. Livers of wild-type mice on ketogenic diet were considered normal except for slight fat accumulation. In GRACILE mice ketogenic diet ameliorated some aspects of the liver disease (less signs of inflammation and fibrosis) but increased microvesicular steatosis. Mitochondrial DNA copy number was unchanged among groups. Ketogenic diet did not affect gene or protein expression of selected respiratory chain components. The GRACILE mutation increased gene expression of Pgc1a, a gene encoding a master regulator of mitochondrial biogenesis, as well as protein and mRNA levels of respiratory chain complex IV subunits. The ketogenic diet had a clear effect on liver phenotype in the mutant mice, but a longer follow-up time is needed to show the effect on disease progression. The beneficial action of ketogenic diet on liver histology might not be related to increased number of mitochondria or respiratory chain proteins, and the mechanism behind the effect need to be elucidated in further investigations.GRACILE-oireyhtymä (Fellmanin tauti) on suomalaiseen tautiperintöön kuuluva mitokondriotauti. Sen pääasialliset oireet ovat sikiöaikainen kasvuhäiriö, aminohappovirtsaisuus (proksimaalinen tubulopatia), maksasairaus (rasvamaksa, kolestaasi, raudan kertyminen ja fibroosi), maitohappoasidoosi sekä kuolema vastasyntyneenä. Oireyhtymän aiheuttaa BCS1L-geenin pistemutaatio (c.232A>G) homotsygoottisena. BCS1L koodaa hengitysketjun kompleksi III:n kokoajaproteiinia, jonka toistaiseksi ainoa tunnettu tehtävä on siirtää katalyyttisesti tärkeä Rieske rauta-rikki proteiini kompleksi III:een. Myös taudin hiirimallissa (Bcs1l:n c.232A>G knock-in-C57BL/6) oireina ovat kasvuhäiriö, maksasairas ja varhainen kuolema. Suurimpaan osaan mitokondriotaudeista ei ole tehokkaita hoitoja. Eräänä lupaavana hoitokeinona pidetään mito-kondrioiden uudismuodostuksen lisäämistä. Oletuksena on, että hengitysketjupuutosta voidaan kompensoida lisäämällä mitokondrioiden määrää ja tehostamalla niiden toimintaa. Eräissä mitokondrioperäisten lihassairauksien hiirimalleissa siirtogeenin avulla, lääkkein tai ketogeenisellä ruokavaliolla aiheutettu mitokondrioiden uudismuodostus hidastaa taudin etenemistä. Ketogeenisen ruokavalion oletetaan aktivoivan solujen energianpuutossignaaleja, jotka ovat solujen tärkeimpiä mitokondrioiden uudistuotannon säätelijöitä. Mitokondrioperäisten maksasairauksien eläinmalleissa ketogeenistä ruokavaliota ei ole aiemmin tutkittu. Tämän pro gradu -työn tarkoituksena oli tutkia ketogeenisen ruokavalion maksavaikutuksia GRACILE-oireyhtymän hiirimallissa. Villityypin hiirille tai mutaation suhteen homotsygoottisille hiirille (GRACILE-hiiri) annettiin vieroituksen jälkeen joko tavanomaista jyrsijöiden ruokaa tai ketogeenistä ruokaa (rasvaa 90,5 E%) noin kolmen viikon ajan, minkä jälkeen hiiret lopetettiin (n = 11 - 14 / ryhmä) ja kudosnäytteet kerättiin. Vaikutusta tutkittiin seuraavin menetelmin: maksahistologia (H&E, Sirius Red, Oil Red O, PAS ja semikvantitatiivinen pisteytys), maksojen triglyseridimääritys; valikoitujen geenien ilmentyminen ja mitokondrio-DNA:n kopioluku (qPCR), hengitysketjukomponenttien määrät (Western blot). Hiiret sietivät ketogeenistä ruokaa, eikä ruokavaliolla ollut vaikutusta hiirten painoon. Villityypin hiirillä ketogeeninen ruokavalio ei aiheuttanut merkittäviä histologisia muutoksia maksoihin lievää maksan rasvapitoisuuden lisääntymistä lukuun ottamatta. GRACILE-hiirillä ketogeeninen ruokavalio vaikutti maksojen histologiaan osin myönteisesti (vähemmän merkkejä fibroosista ja tulehduksesta), osin haitallisesti (enemmän mikrovesikulaarista rasvakertymää). Mitokondrio-DNA:n kopioluvussa ei ollut eroja ryhmien välillä. Ketogeeninen ruokavalio ei vaikuttanut tutkittujen hengitysketjukomponenttien mRNA- tai proteiinimääriin. Sen sijaan GRACILE-mutaatio lisäsi mitokondrioiden uudistuotantoa aktivoivan PGC1?-koaktivaattorin mRNA-määrää ja hengitysketjun kompleksi IV:n alayksikön mRNA- ja proteiinimäärää. Ketogeeninen ruokavalio vaikutti selvästi GRACILE-hiirten maksojen histologiseen ilmiasuun, mutta tarvitaan pidempi seuranta-aika, jotta voidaan nähdä ketogeenisen ruokavalion vaikutus taudin etenemiseen. Ruokavalion myönteinen vaikutus maksasairauteen ei todennäköisesti johdu lisääntyneestä mitokondrioiden tai hengitysketjuproteiinien määrästä, ja sen mekanismia selvitetään jatkotöissä.
Subject: GRACILE-oireyhtymä
ketogeeninen ruokavalio
mitokondriotauti
kompleksi III:n puutos
hengitysketjun puutos
mitokondrioiden uudistuotanto
maksasairaus
rasvamaksa


Files in this item

Files Size Format View

There are no files associated with this item.

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record