Fasten und Überfütterung beeinflussen die Expression der Immunitäts- oder Entzündungsgene in der Leber von Geflügel über endogene Retroviren

ABSTRAKT

Es ist bekannt, dass Ernährung und Immunität miteinander zusammenhängen, der Mechanismus ist jedoch nicht ganz klar. Endogene Retroviren (ERV) machen 8 bis 10 % des Genoms von Mensch und Maus aus und spielen eine wichtige Rolle in einigen biologischen Prozessen von Tieren. Jüngste Studien weisen darauf hin, dass die Aktivierung von ERV die Expression von immunitäts- oder entzündungsbezogenen Genen beeinflussen kann und dass die Aktivitäten von ERV der Regulierung vieler Faktoren, einschließlich Ernährungsfaktoren, unterliegen. Daher nehmen wir an, dass der Ernährungszustand die Expression der immunitäts- oder entzündungsbezogenen Gene über ERV beeinflussen kann. Um diese Hypothese zu überprüfen, wurde der Ernährungszustand der Tiere durch Fasten oder Überfütterung sowie die Expression von intaktem ERV (ERVK18P, ERVK25P) und immunitäts- oder entzündungsbezogenen Genen (DDX41, IFIH1, IFNG, IRF7, STAT3) in der Leber verändert wurde durch quantitative PCR bestimmt, gefolgt von der Überexpression von ERVK25P in primären Hepatozyten von Gänsen und der Bestimmung der Expression der immunitäts- oder entzündungsbezogenen Gene. Die Daten zeigten, dass im Vergleich zur Kontrollgruppe (kein Fasten) die Expression von ERV und den immunitäts- oder entzündungsbezogenen Genen in der Leber der gefasteten Hühner erhöht war, in der Leber der gefasteten Gänse jedoch abnahm. Darüber hinaus war im Vergleich zur Kontrollgruppe (routinemäßig gefüttert) die Expression von ERV und der Immunitäts- oder Entzündungsgene in der Leber der überfütterten Gänse erhöht. Darüber hinaus kann eine Überexpression von ERVK25P in primären Hepatozyten von Gänsen die Expression von immunitäts- oder entzündungsbezogenen Genen induzieren. Zusammenfassend lassen diese Ergebnisse darauf schließen, dass ERV die Auswirkungen von Fasten und Überfütterung auf die Expression der immunitäts- oder entzündungsbezogenen Gene vermittelt, wobei die Vermittlung je nach Geflügelart unterschiedlich ist und ERV und die immunitäts- oder entzündungsbezogenen Gene daran beteiligt sein können die Entwicklung einer Gänsefettleber. Diese Studie liefert einen möglichen Mechanismus für den Zusammenhang zwischen Ernährung und Immunität.

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Schlüsselwörter: Ernährung, Immunität, Geflügel, Fettleber, endogenes Retrovirus

EINFÜHRUNG

Endogene Retroviren (ERV) gelten als Überbleibsel exogener Retroviren (Proviren). Die meisten dieser verbleibenden „fossilen“ Sequenzen enthalten mehrere Mutationen, die sich im Laufe der langfristigen Evolution seit ihrer Integration in das Wirtsgenom angesammelt haben (Cañadas et al., 2018). Sie kommen bei fast allen Säugetieren (wie Menschen, Mäusen, Katzen und Schafen) und anderen Wirbeltieren (wie Hühnern) vor (Melanie und Nair, 2014; Xu et al., 2014). Beim Huhn macht ERV mehr als 3 % des Hühnergenoms aus (Huda et al., 2008). Obwohl ERVs in tierischen Genomen reichlich vorhanden sind, sind viele ERVs nicht intakt. Unter intakten ERV versteht man solche, deren Strukturen nicht leicht von exogenen Retroviren zu unterscheiden sind. Diese ERVs enthalten normalerweise zwei lange terminale Wiederholungen (LTR), die Elemente für die Transkriptionsregulation, die kodierenden Sequenzen viraler Proteine ​​(gruppenspezifisches Antigen [Gag], Reverse Transkriptase [Pol] und Hüllprotein [Env]) sowie die Polypurin-Spursequenz enthalten und kurze flankierende Genomsequenzen ihrer Wirtszellen (Jern und Coffin, 2008; Dolei et al., 2015; K€ury et al., 2018). Bisher gibt es etwa 500 relativ intakte ERV, die im Hühnergenom gefunden werden (Bolisetty et al., 2012). Neben dem relativ intakten ERV gibt es noch andere ERV-Typen, darunter das „schlanke“ ERV, dem ein oder mehrere für die Selbstreplikation notwendige kodierende Gene fehlen (normalerweise das Env-Gen), und das „Solo-LTR“-ERV. Die Anzahl der „Solo-LTR“-ERVs beträgt etwa das 60-fache der Anzahl relativ intakter ERVs (Bolisetty et al., 2012). Die phylogenetische Analyse zeigt, dass aviäre Proretroviren (d. h. ERV) in Proretroviren der Klasse I (gammaähnlich), Klasse II (alpha- und betaähnlich) und Klasse III (entfernt spumaähnlich) eingeteilt werden können. Alpha-ähnliche Proretroviren werden von Beta-ähnlichen, Gamma-ähnlichen und Alphabeta-Proretroviren in der Unterzahl übertroffen (Bolisetty et al., 2012). Im Vergleich zu Säugetier-Proretroviren sind die Vogel-Proretroviren heterogener. Die Beta-ähnlichen Pro-Retroviren haben einen evolutionären Übergang von Beta-ähnlichen zu alphabetischen und dann zu Alpha-ähnlichen Pro-Retroviren durchlaufen, mit einem allmählichen Verlust von Beta-Retroviren-Markern. Die Alphabet-Proretroviren sind die Zwischenstufe zwischen Alpha-ähnlichen und Beta-ähnlichen Viren, einschließlich einiger früher erkannter Vogel-Proretroviren. Die Pro-Retroviren der Klasse III scheinen die ältesten zu sein, gefolgt von den Beta-ähnlichen und Gamma-ähnlichen Pro-Retroviren, während die Alphabet- und Alpha-ähnlichen Pro-Retroviren die jüngsten zu sein scheinen. Die meisten Proretroviren werden in der Sinnesorientierung in Wirtsgene integriert (Bolisetty et al., 2012).

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Wie Nicht-LTR-Transposons (z. B. lange oder kurze eingestreute Kernelemente) sind ERVs mobile Elemente, die sich in Form von DNA-Sequenzen von einem Ort zum anderen im Wirtsgenom transponieren können. Diese Transposition wird durch das RNA-Intermediat vermittelt. Obwohl ERV als Retrotransposons im frühen Evolutionsstadium über eine starke transponierbare Fähigkeit verfügten, haben die meisten von ihnen diese Fähigkeit inzwischen verloren (Jern und Coffin, 2008). Darüber hinaus deuten Deep-Sequencing-Studien darauf hin, dass viele ERVs im Allgemeinen stumm sind. Beispielsweise werden nur etwa 20 % des ERV in Hühnerembryo-Fibroblasten transkribiert, und ein Teil davon wird auch in vivo transkribiert (Bolisetty et al., 2012). Darüber hinaus zeigen neuere Studien, dass einige stille ERV unter bestimmten Bedingungen aktiviert und exprimiert werden können (Crichton et al., 2014) und ihre Expression von vielen Faktoren beeinflusst wird, wie zum Beispiel dem Zelltyp oder Gewebetyp (insbesondere Plazenta- und Keimzellen). , Zelldifferenzierung und Alterungsprozess, Zytokine, die Faktoren, die die normale Funktion von Zellen stören, und Ernährungsfaktoren (Taruscio und Mantovani, 2004; Denner, 2016; Elaheh et al., 2018). In den letzten Jahrzehnten wurden die biologischen Funktionen von ERV nach und nach aufgedeckt: 1) Die Transposition von ERV kann das Wirtsgenom destabilisieren, aber ERV als ursprüngliches genetisches Material ermöglicht es Wirtstieren, die Diversität zwischen und innerhalb der Arten zu erhöhen, die Anpassungsfähigkeit an die Umwelt zu verbessern und die Kontinuität aufrechtzuerhalten Evolution (Zhang et al., 2008); 2) Promotoren und Enhancer in den LTR-Regionen von ERV können die Transkription ihrer benachbarten Gene beeinflussen und den epigenetischen Status benachbarter Regionen verändern (wie DNA-Methylierung und Histonmodifikation) (Thompson et al., 2016); 3) Durch die Bindung von Env-Proteinen an Wirtsrezeptoren kann ERV die Bindung exogener Viren an dieselben Rezeptoren blockieren und so Wirtszellen die Fähigkeit verleihen, exogenen Viren zu widerstehen (Nadeau et al., 2015); 4) ERV-Transkripte können das angeborene Immunsystem aktivieren und über den doppelsträngigen RNA-abhängigen TLR3/MDA5-Signalweg die Produktion von Zytokinen wie IFN induzieren und so Tumore hemmen (Chiappinelli et al., 2015); und 5) ERV sind auch an der Entstehung und Entwicklung einiger Krankheiten wie Alterung, Autoimmunität und degenerativen neurologischen Erkrankungen beteiligt (Mager und Stoye, 2015; Nadeau et al., 2015).

Das endogene Retrovirus der Gruppe K (ERVK) ist das zuletzt endogenisierte Virus unter den verschiedenen ERV-Gruppen (ERVW, ERVH, ERVK usw.). Es enthält die kodierende Sequenz für funktionelle Proteine ​​und gilt daher als die intakteste und biologisch aktivste ERV-Gruppe (Hohn et al., 2013). Die hochregulierte Expression von ERVK wurde mit entzündlichen Erkrankungen, neurologischen Erkrankungen, Autoimmunerkrankungen usw. in Verbindung gebracht (Haraguchi et al., 1992; Tolosa et al., 2012). Aktuelle Studien zeigen, dass die ERVK-Aktivierung durch den DNA-Methyltransferase-Inhibitor 5-Aza-2-Desoxycytidin die zelluläre angeborene Immunität stärken kann (Nogues et al., 2018). Im Vergleich zur menschlichen ERVK mit vielen Mitgliedern weist die Vogel-ERVK nur wenige Mitglieder auf, die in der GenBank annotiert sind. Die kommentierten ERVK-Mitglieder, die Huhn und Gans gemeinsam haben, sind nur ERVK18P (LOC106029425) und ERVK25P (LOC106046236). Derzeit ist die biologische oder pathologische Rolle der Vogel-ERVK noch unbekannt. Ernährung und Energiestatus sind wichtige Faktoren, die das Wachstum, die Fortpflanzung und die Immunität von Tieren beeinflussen. Wie bereits erwähnt, können Ernährungsfaktoren die Expression von ERV aktivieren, und ERV kann die Expression der immunitäts- oder entzündungsbezogenen Gene auf vielfältige Weise regulieren. Daher spekulieren wir, dass der Nährstoff- oder Energiegehalt die Expression der immunitäts- oder entzündungsbezogenen Gene über ERV beeinflussen kann. Um diese Spekulation zu überprüfen, wurde der Ernährungszustand durch Fasten oder Überfütterung bei Versuchshühnern oder -gänsen verändert und anschließend die Expression von ERV und den immunitäts- oder entzündungsbezogenen Genen in der Leber bestimmt. Darüber hinaus wurde auch eine Überexpression von ERVK25P in primären Hepatozyten von Gänsen durchgeführt, um den Zusammenhang zwischen ERV und den mit der Immunität (oder Entzündung) verbundenen Genen zu untersuchen. Diese Studie liefert einen neuen Einblick in den Mechanismus für den Zusammenhang zwischen Ernährung und Immunität.

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MATERIALEN UND METHODEN

Versuchstiere

Alle Tierprotokolle entsprachen den institutionellen Richtlinien zur Verwendung landwirtschaftlicher Tiere in der Forschung und wurden vom Animal Care and Use Committee der Yangzhou University in China genehmigt.

Die Jurong Siji-Gänschen aus derselben Brutgruppe wurden auf dem Boden unter natürlichem Licht und konventioneller Haltungsführung auf der Mali Experimental Farm (Jurong, Jiangsu, China) aufgezogen. Im Alter von 70 Tagen wurden 16 gesunde Gänse nach dem Zufallsprinzip in zwei Gruppen eingeteilt: die Fastengruppe (die Gänse fasteten 24 Stunden lang mit freiem Zugang zu Wasser) und die Kontrollgruppe (kein Fasten, ad libitum Zugang zu Futter und Wasser). Nach 24-stündigem Fasten wurden alle Versuchspersonen getötet und Leberproben entnommen, in flüssigem Stickstoff eingefroren und zur Lagerung bei 270 °C überführt. In ähnlicher Weise wurden sechzehn 20- Wochen alte, gesunde Rhode Island Red-Hühner für ein Fastenexperiment geopfert. Im Gegensatz zum Fasten wurden sechzehn 70-Tage alte gesunde Landesgänse (bereitgestellt von Licheng Animal and Poultry Co., Ltd., Huaian, Jiangsu, China) nach dem Zufallsprinzip und zu gleichen Teilen in die Überfütterung (24 Tage Überfütterung) aufgeteilt. und die Kontrollgruppe (routinemäßige Fütterung). Das Protokoll zur Überfütterung wurde bereits von Geng et al., 2016a, beschrieben. Am 24. Tag der Überfütterung wurden die Leberproben sowohl der Kontroll- als auch der Überfütterungsgruppe entnommen und bei 270 °C gelagert.

Isolierung und Kultur von primären Hepatozyten von Gänsen und Überexpression von ERV

Die primären Hepatozyten der Gänse wurden am 22. oder 23. Tag des Schlüpfens aus Gänseembryonen isoliert und kultiviert, wie zuvor von Osman et al., 2016, beschrieben. Der maßgeschneiderte Überexpressionsvektor des Gänse-Gens LOC106046236 (oder ERVK-Mitglied 25 Pol protein-like, ERVK25P). ) und leerer Vektor wurden von Suzhou Jima Gene Co., Ltd. (Suzhou, China) gekauft. Der Überexpressionsvektor wurde unter Verwendung eines pcDNA3.1-Vektors konstruiert, der einen CMV-Promotor und das eingefügte DNA-Fragment enthielt, das die kodierende Sequenz des ERVK25-Polymerase-Gens darstellte. Der Überexpressionsvektor und der leere Vektor wurden getrennt in primäre Hepatozyten von Gänsen transfiziert, die isoliert und 24 Stunden lang mit Lipofectamine 2000 (Kat. Nr. 11, 668-019, Invitrogen, Co., Ltd., Camarillo) kultiviert worden waren. Nach 32 Stunden Transfektion wurden die Zellen zur Genexpressionsanalyse mittels quantitativer Fluoreszenz-PCR gesammelt. Die Transfektion wurde wie zuvor von Geng et al., 2013 beschrieben, durchgeführt.

RNA-Reinigung und cDNA-Synthese

Die Gesamt-RNA wurde aus Leberproben mit dem TRIzol-Kit (Kat.-Nr. DP424; Tiangen Biotech (Beijing) Co., Ltd., Peking, China) isoliert. Die gereinigten RNA-Proben wurden unter Verwendung des HiS criptTM Q RTSuperMix Reverse-Transkriptions-Kits (Kat.-Nr. R123-01; Vazyme Biotech Co., Ltd., Nanjing, China) revers in cDNA transkribiert. Die Reverse Transkription wurde gemäß den Anweisungen des Herstellers durchgeführt.

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Quantitative PCR-Analyse

Basierend auf der Referenzsequenz jedes Gens in der GenBank wurden quantitative PCR-Primer für die Gene von Interesse und das interne Referenzgen GAPDH mithilfe der Online-Software Primer 3.0 (Whitehead Institute for Biomedical Research, Cambridge) entworfen Die Sequenzspezifität wurde mithilfe des Primer-BLAST-Programms (National Center for Biotechnology Information, Bethesda) auf der NCBI-Website bestätigt. Die Primersequenzen sind in Tabelle 1 aufgeführt. Gemäß den Anweisungen des Herstellers wurde die quantitative PCR mit dem Vazyme AceQ qPCR SYBR Green Master Mix Kit (Kat.-Nr. Q111-02/03; Vazyme Biotech Co., Ltd., Nanjing, China) und cDNA-Proben. Die relative Expression der interessierenden Gene wurde mit der 22OOCT-Methode berechnet, wie zuvor von Geng et al., 2016b, beschrieben.

Immunblotting-Analyse

Lebergewebeproben wurden in einem Puffer lysiert, der 50 mmol Tris, pH 7,5, 120 mmol NaCl, 1 mmol EDTA, 15 mmol Na4P2O7, 20 mmol NaF, 1 % Nonidet enthielt , 0,1 % Phenylmethylsulfluorid und Proteaseinhibitoren (0,08 mmol Aprotinin, 0,02 mmol Leupeptin, 0,04 mmol Bestatin und 15 mmol Pepstatin). Der Proteingehalt in jedem Lysat wurde mit dem Bio-Rad RC DC Protein Assay Kit (Kat.-Nr. 500-0119; Bio-Rad, Hercules) gemäß den Anweisungen des Herstellers bestimmt. Proteine ​​(10 mg) aus Gewebelysaten wurden durch SDS-PAGE abgetrennt und dann auf Nitrozellulosemembranen übertragen, die über Nacht in 5 % Milch in PBS mit 0,1 % Tween 20 inkubiert wurden. Die Membranen wurden anschließend über Nacht bei 4 °C mit primärem Antikörper inkubiert Die folgenden Antikörper wurden in dieser Studie in einer Verdünnung von 1:1000 verwendet: Anti-STAT3 (Kat.-Nr. bs- 1141R; Beijing Biosynthesize Biotechnology Co., Ltd., Peking, China), Anti-IFIH1 (Kat.-Nr. bs-18740R; Beijing Biosynthesize Biotechnology Co., Ltd., Peking, China), Anti-Aktin (Kat.-Nr. bsm-33036M; Beijing Biosynthesize Biotechnology Co., Ltd., Peking, China) und Anti-GAPDH (Kat.-Nr. NB300-221; Novus Biologicals Co., Ltd., CO). Mit Meerrettichperoxidase konjugierte Sekundärantikörper wurden in einer Verdünnung von 1:10.000 verwendet. Proteine ​​wurden durch verstärkte Chemilumineszenz und das Western-Blot-Nachweissystem (Amersham Biosciences, Peking, China) nachgewiesen.

Statistische Analyse

Der Student-t-Test wurde verwendet, um die statistische Signifikanz des Unterschieds in der Genexpression zwischen der Behandlungs- und der Kontrollgruppe zu analysieren, und P,0.05 wurde als Kriterium für die statistische Signifikanz festgelegt. Alle Daten werden als Mittelwert 6 SEM dargestellt.

ERGEBNISSE

Fasten unterdrückte die Expression von ERV und den immunbezogenen Genen in der Gänseleber

Die quantitativen PCR-Primer für Gänse-ERV-Gene (ERVK18P oder LOC1{{10}}6029425, ERVK25P oder LOC106046236) wurden basierend auf den Referenzsequenzen in GenBank entworfen. Eine quantitative PCR-Analyse zeigte, dass das Expressionsniveau von ERVK18P in der Gänseleber dem von ERVK25P ähnelte (Abbildung 1A). Im Vergleich zur Kontrollgruppe (kein Fasten) war die Expression von ERVK18P und ERVK25P in der Leber der Gänse, die 24 Stunden lang gefastet hatten, signifikant gehemmt (P, 0,05 oder 0,01) (Abbildung 1B). Dementsprechend wurde auch die mRNA-Expression der immunitäts- oder entzündungsbezogenen Gene (DDX41, IFIH1, IFNG, IRF7, STAT3) gehemmt, wobei der Unterschied in der mRNA-Expression von DDX41 und IFNG zwischen den nüchternen Gänsen und den Kontrollgänsen ein statistisch signifikantes Niveau erreichte (P, 0,05) (Abbildung 1B). Eine Immunblotting-Analyse zeigte, dass der Proteingehalt von IFIH1 in der Leber der nüchternen Gänse niedriger zu sein schien als der der Kontrollgänse (ergänzende Abbildung 1).

Tabelle 1. Liste der Primersequenzen für die quantitative PCR.

Fasten induzierte die Expression von ERV und den immunbezogenen Genen in der Hühnerleber

Die quantitative PCR-Analyse zeigte, dass im Vergleich zur Kontrollgruppe (kein Fasten) die mRNA-Expression von ERVK18P und ERVK25P in der Hühnerleber durch Fasten induzierte und die Induktion ein statistisch signifikantes Niveau erreichte (P, 0.{{5} }5 oder 0.01) (Abbildung 2). In ähnlicher Weise induzierte das Fasten auch die mRNA-Expression dieser immunitäts- oder entzündungsbezogenen Gene, wobei der Unterschied in der mRNA-Expression von IFIH1, IFNG, IRF7 und STAT3 zwischen den Gruppen ein statistisch signifikantes Niveau erreichte (P, 0,05 oder 0,01) (Abbildung 2). ). Die Immunblotting-Analyse zeigte, dass der Proteingehalt von IFIH1 in der Leber der nüchternen Gänse höher zu sein schien als der der Kontrollgänse (ergänzende Abbildung 1).

Überfütterung induzierte die Expression von ERV und den immunbezogenen Genen in der Gänseleber

Quantitative PCR-Analysen zeigten, dass im Vergleich zur Kontrollgruppe (routinemäßige Fütterung) die mRNA-Expression von ERVK18P und ERVK25 P in der Leber von Gänsen, die 24 Tage lang überfüttert wurden, erhöht war, wobei der Unterschied in der mRNA-Expression von ERVK18P zwischen der Kontrollgruppe und den überfütterten Gänsen bis zu 50 % betrug auf ein statistisch signifikantes Niveau (P, 0.05) (Abbildung 3). Dementsprechend war auch die mRNA-Expression der immunitäts- oder entzündungsbezogenen Gene in den Lebern der überfütterten Gänse erhöht, wobei der Unterschied in der mRNA-Expression von IRF7 zwischen den Kontroll- und überfütterten Gänsen ein statistisch signifikantes Niveau erreichte (P, 0,05) ( Figur 3). Eine Immunoblot-Analyse zeigte, dass der Proteingehalt von IFIH1 in der Leber der überfütterten Gänse höher zu sein schien als der der Kontrollgänse (ergänzende Abbildung 1).

Abbildung 1. Die Expression von ERV und immunbezogenen Genen in der Gänseleber wurde durch Fasten gehemmt. Die relative Expression von ERV und immunbezogenen Genen wurde durch quantitative PCR bestimmt. (A) Die Expression von ERVK18P und ERVK25P in der Leber normaler erwachsener Gänse. (B) Die Expression von ERVK18P, ERVK25P, DDX41, IFIH1, IFNG, IRF7 und STAT3 in den Lebern der gefasteten Gänse wird als fache Änderung gegenüber der Kontrolle (kein Fasten) dargestellt, n 5 6. *,** bezeichnet P, 0.05, 0,01 vs. Kontrolle. Alle Daten werden als Mittelwert 6 SEM angezeigt. Abkürzung: ERV, endogenes Retrovirus.

Die Überexpression des endogenen Retrovirus induzierte die Expression der immunbezogenen Gene

Nach 32-stündiger Transfektion primärer Hepatozyten von Gänsen mit den leeren Vektoren oder den Überexpressionsvektoren, die die kodierende Sequenz des Pol-Gens von Gänse-ERVK25P enthielten, war die mRNA-Expression des Pol-Gens in den mit Überexpressionsvektoren transfizierten Zellen etwa 97-mal höher in den mit leeren Vektoren (P, 0.01) transfizierten Zellen (Abbildung 4). Wie erwartet wurde die Expression der immunitäts- oder entzündungsbezogenen Gene durch die Überexpression von ERVK25P induziert, und die Induktion von IFIH1, IFNG, IRF7 und STAT3 erreichte ein statistisch signifikantes Niveau (P, 0,05 oder 0,01). (Figur 4).

DISKUSSION

Ernährung und Energieniveau sind wichtige Faktoren, die das Wachstum, die Fortpflanzung und die Immunität von Tieren beeinflussen. Hungern (oder Fasten) und Füttern sind zwei typische Zustände, die sich auf das Ernährungs- oder Energieniveau auswirken und daher oft als Forschungsmodell verwendet werden, um die Regulierung der Ernährung oder Energie auf die physiologischen Funktionen von Tieren aufzuklären. Beispielsweise kann Fasten oder Füttern die Expression von Genen beeinflussen, die mit Wachstum, Fortpflanzung und Immunität zusammenhängen (Volkoff et al., 2016; Smati et al., 2020). Es ist jedoch unklar, ob Fasten oder Essen ERV aktivieren und die Expression der immunitäts- oder entzündungsbezogenen Gene über ERV beeinflussen können. Darüber hinaus kann eine kurzzeitige Überfütterung (3–4 Wochen) zur Bildung einer Gänsefettleber (allgemein bekannt als Foie Gras) führen, die der nichtalkoholischen Fettlebererkrankung (NAFLD) bei Menschen und Nagetieren ähnelt (Nahum et al. , 2010; Wang et al., 2019), es ist jedoch nicht bekannt, ob ERV durch Überfütterung aktiviert wird und an der Entwicklung einer Gänsefettleber beteiligt ist. In dieser Studie wurde die Expression von ERV und einigen immunitäts- oder entzündungsbezogenen Genen in der Leber von Gänsen oder Hühnern nach Veränderung der Ernährung oder des Energiestatus der Tiere durch Fasten oder Überfütterung bestimmt, sodass der Zusammenhang zwischen Ernährungs- (oder Energie-)Status und Die Expression von ERV und den Immunitäts- (oder Entzündungs-)bezogenen Genen konnte geklärt werden. Darüber hinaus wurde auch eine ERVK25P-Überexpression in primären Hepatozyten von Gänsen durchgeführt, um zu überprüfen, ob die Expression der immunitäts- oder entzündungsbezogenen Gene durch ERV beeinflusst wurde. Tatsächlich lieferten die Ergebnisse starke Belege für die Annahme, dass der Nährstoff- oder Energiestatus die Expression der immunitäts- oder entzündungsbezogenen Gene über ERV bei Geflügel regulieren könnte. Interessanterweise variierte die Wirkung des Fastens auf die mRNA-Expression von ERV und die immunitäts- oder entzündungsbezogenen Gene in der Leber je nach Geflügelart, das heißt, die mRNA-Expression der Gene in der Hühnerleber war entgegengesetzt zu der in der Gänseleber . Darüber hinaus war die mRNA-Expression der Gene in der Leber der nüchternen Gänse im Gegensatz zu der der überfütterten Gänse. Darüber hinaus deuten die Daten darauf hin, dass die immunitäts- oder entzündungsbezogenen Gene die Regulation von ERV bei der Entwicklung einer Gänsefettleber (oder Foie Gras) beeinflussen könnten.

Abbildung 2. Die Expression von ERV und den immunitäts- oder entzündungsbezogenen Genen in der Hühnerleber wurde durch Fasten induziert. Die relative Expression von ERV und immunbezogenen Genen wurde durch quantitative PCR bestimmt. Die Expressionsniveaus von ERVK18P, ERVK25P, DDX41, IFIH1, IFNG, IRF7 und STAT3 in den Lebern der nüchternen Hühner werden als fache Änderung gegenüber der Kontrolle (kein Fasten) dargestellt, n {{10}} . *,** bezeichnet P, 0.05 bzw. 0.01 gegenüber der Kontrolle. Alle Daten werden als Mittelwert 6 SEM angezeigt. Abkürzung: ERV, endogenes Retrovirus.

Abbildung 3. Die Expression von ERV und den immunitäts- oder entzündungsbezogenen Genen in der Gänseleber wurde durch Überfütterung induziert. Die relative Expression von ERV und immunbezogenen Genen wurde durch quantitative PCR bestimmt. Die Expressionsniveaus von ERVK18P, ERVK25P, DDX41, IFIH1, IFNG, IRF7 und STAT3 in den Lebern der überfütterten Gänse werden als fache Änderung gegenüber der Kontrolle (Routinefütterung) dargestellt, n {{10}} . * bezeichnet P, 0,05 vs. Kontrolle. Alle Daten werden als Mittelwert 6 SEM angezeigt. Abkürzung: ERV, endogenes Retrovirus.

Abbildung 4. Die Expression der immunitäts- oder entzündungsbezogenen Gene wurde durch ERV-Überexpression in primären Hepatozyten von Gänsen induziert. Die relative Expression von ERV und immunbezogenen Genen wurde durch quantitative PCR bestimmt. Die Expression von ERVK25P, DDX41, IFIH1, IFNG, IRF7 und STAT3 in den mit ERVK25P-Überexpressionsvektoren transfizierten primären Gänsehepatozyten wird als fache Änderung gegenüber der Kontrolle (den mit leeren Vektoren transfizierten Hepatozyten) dargestellt, n {{1{{11 }}}}. *,** bezeichnen P, 0.05 bzw. 0.01 vs. Kontrolle. Alle Daten werden als Mittelwert 6 SEM angezeigt. Abkürzung: ERV, endogenes Retrovirus.

Frühere Studien haben gezeigt, dass ERV im Allgemeinen durch DNA-Methylierung in Wirtszellen zum Schweigen gebracht werden, ERV jedoch durch MER48 aktiviert werden kann (Walsh et al., 1998; Gibb et al., 2015). Die Induktion von ERV wird auch bei mehreren Krankheiten gezeigt, darunter bei einigen Stoffwechselerkrankungen wie Multipler Sklerose, an denen immunitäts- oder entzündungsbezogene Gene beteiligt sind (Perron et al., 2000). Mechanistische Studien weisen darauf hin, dass Entzündungen eine wichtige Rolle bei der Pathogenese von Stoffwechselerkrankungen spielen, die meist durch Ernährung oder Energieüberversorgung verursacht werden (Eo et al., 2017). Darüber hinaus wurde festgestellt, dass Fasten oder Überfütterung den DNA-Methylierungsgrad von durch Peroxisomenproliferatoren aktivierten Rezeptorgenen verändern kann (Jacobsen et al., 2014; Hjort et al., 2017). Basierend auf diesen Erkenntnissen ist es möglich, dass eine Ernährungsumstellung über epigenetische Regulation die mRNA-Expression von ERV aktiviert. Andererseits kann eine Ernährungsumstellung die mRNA-Expression einiger immunitäts- oder entzündungsbezogener Gene induzieren (Smati et al., 2020). Im Einklang mit diesen Erkenntnissen zeigte diese Studie, dass Fasten oder Überfütterung die mRNA-Expression von ERV und den immunitäts- oder entzündungsbezogenen Genen beeinflusste und dass die mRNA-Expression von ERV eng mit der mRNA-Expression der immunitäts- oder entzündungsbezogenen Gene zusammenhängt Gene.

Vorteile von Cistanche für Männer: Stärkung des Immunsystems

Da ERV in tierischen Genomen reichlich vorhanden ist, könnte die Rolle von ERV bei der Regulierung von Ernährung oder Energie bei Immunität oder Entzündungen unterschätzt werden. Diese Studie befasste sich hauptsächlich mit ERVK18 und ERVK25, die den Effekt von Fasten oder Überernährung auf die mRNA-Expression der immunitäts- oder entzündungsbezogenen Gene vermitteln. Die ERVK-Gene sind derzeit nur die relativ intakten ERV-Gene, die sowohl im Gänse- als auch im Hühnergenom annotiert sind. Neben diesen relativ intakten ERV könnten das „schlanke“ ERV und das „Solo-LTR“-ERV durch Fasten oder Überfütterung aktiviert werden und somit auch zum Effekt des Fastens oder der Überfütterung auf die mRNA-Expression der immunitäts- oder entzündungsbezogenen Gene beitragen. Da sich „slender ERV“ und „solo LTR“ ERV normalerweise in der Nähe einiger Wirtsgene befinden (Thompson et al., 2016), kann Fasten oder Überfütterung die mRNA-Expression der immunitäts- oder entzündungsbezogenen Gene durch den cis-Effekt des beeinflussen aktiviertes ERV. Unter diesem Gesichtspunkt kann die Aufrechterhaltung der Immunität auf dem Grundniveau teilweise auf einen kleinen Anteil an aktivem ERV zurückzuführen sein. Frühere Studien haben gezeigt, dass einige ERVs regelmäßig sowohl in embryonalen Fibroblasten von Hühnern (etwa 20 % des ERV) als auch in vivo transkribiert werden (Bolisetty et al., 2012). Die Regulierung der mRNA-Expression von ERV durch Fasten oder Überfütterung erfolgt höchstwahrscheinlich durch epigenetische Modifikationen (z. B. DNA-Methylierung), wie bereits erwähnt. Es wurde berichtet, dass AZA, ein Inhibitor der DNA-Methyltransferase, die mRNA-Expression von ERV in der Zelle signifikant induzieren kann (Jaenisch et al., 1985; Deborah und Bestor, 2004). Die mRNA-Expression von ERV wurde in der Hühnerleber im Vergleich zur Gänseleber durch Fasten unterschiedlich reguliert, was darauf hindeutet, dass es einen unterschiedlichen Grad epigenetischer Modifikation zur Kontrolle der ERV-Expression zwischen Hühnern und Gänsen gibt. Diese Schlussfolgerung wird durch Beweise gestützt, die zeigen, dass die mRNA-Expression von ERV vom Zelltyp abhängt (Nogues et al., 2018). Wie sich Fasten oder Überfütterung auf die DNA-Methylierung von ERV auswirkt, muss jedoch noch geklärt werden. Darüber hinaus könnten genetische Unterschiede zwischen Hühnern und Gänsen zum Unterschied in der ERV-Expression zwischen den beiden Arten beitragen, beispielsweise unterschiedliche Reaktionen von Transkriptionsfaktoren auf interne oder externe Reize. Tatsächlich zeigen unsere früheren Ergebnisse, dass die mRNA-Expression vieler Gene in Gänsefettleber im Vergleich zu normaler Leber im Gegensatz zu der bei Menschen mit (oder Maus) NAFLD im Vergleich zu normaler Leber steht (Liu et al., 2016). Darüber hinaus könnten auch Umwelt- und andere Faktoren wie Alter, Futter, Licht und andere Haltungsbedingungen für die unterschiedliche Expression von ERV bei Hühnern und Gänsen verantwortlich sein.

In dieser Studie erhöhte die Überexpression von ERVK25P die Expression der immunitäts- oder entzündungsbezogenen Gene, was starke Beweise für die Annahme liefert, dass Fasten oder Überfütterung die mRNA-Expression der immunitäts- oder entzündungsbezogenen Gene in der Leber über ERV reguliert. Es gibt zwei mögliche Mechanismen, durch die die Überexpression des relativ intakten ERV die mRNA-Expression der immunitäts- oder entzündungsbezogenen Gene erhöhte: 1) Die doppelsträngige RNA, die in ERV-Transkripten oder durch Hybridisierung mit Antisense-RNAs gebildet wird, könnte die NFkB-Signalisierung aktivieren Signalweg über die Bindung der doppelsträngigen RNA an ihre Rezeptoren (z. B. TLR3) und induziert wiederum die Expression der immunitäts- oder entzündungsbezogenen Gene (Chiappinelli et al., 2015); 2) Das relativ intakte ERV kann auch seine kodierten Proteine ​​oder Polypeptide exprimieren, was zur Aktivierung nachgeschalteter Signalwege und zur Expression der immunitäts- oder entzündungsbezogenen Gene führt. Obwohl diese Studie aufgrund des Fehlens geeigneter Antikörper die Proteinexpression von ERVK18P und ERVK25P nicht nachweisen konnte, haben frühere Studien gezeigt, dass einige ERV, insbesondere ERVK, ihre Proteine ​​synthetisieren und die Expression der immunitäts- oder entzündungsbezogenen Gene in Neuronen induzieren können Zellen (Manghera et al., 2015). Diese Proteine ​​können von tierischen Rezeptoren wie RIG-1, Proteinkinase K und dem entzündlichen Körpermolekül NLRP3 wahrgenommen werden (Mitoma et al., 2013; Mu et al., 2016). Der Zusammenhang zwischen Ernährung (oder Energie) und Immunität (oder Entzündung) wurde bei mehreren ernährungs- oder energiebedingten Störungen nachgewiesen, insbesondere bei mit Fettleibigkeit verbundenen Krankheiten wie Diabetes und NAFLD. Fettleibigkeit gilt als chronische Entzündung, da viele entzündungsbedingte Gene (z. B. proinflammatorischer Zytokin-Tumor-Nekrose-Faktor-Alpha, MCP1 und IL6) bei Patienten mit Fettleibigkeit im Vergleich zu gesunden Kohorten induziert werden (Ferreira et al., 2016). Diese Zytokine können zu einer Insulinresistenz führen und so die mit Fettleibigkeit verbundenen Stoffwechselstörungen verschlimmern (Li et al., 2019). In dieser Studie zeigten die Daten, dass ERV und die Immunitäts- oder Entzündungsgene in der Gänsefettleber im Vergleich zur normalen Leber induziert wurden. Die Leber ist ein äußerst komplexes Organ, das nicht nur eine zentrale Rolle bei der Nährstoff- und Energieumwandlung spielt, sondern auch die Funktionen der Entgiftung und Immunregulation übernimmt. Die Leber enthält eine große Anzahl von Immunzellen, wie etwa Kupffer-Zellen (die residenten Makrophagen), natürliche Killerzellen und natürliche Killer-T-Zellen. Die Leber synthetisiert auch Komplementkomponenten und eine große Anzahl anderer löslicher Pathogenerkennungsrezeptoren (Keith et al., 2007). Daher gilt die Leber derzeit als wichtiges Immunorgan und spielt eine Rolle bei der angeborenen Immunität (oder Entzündung) (Xia et al., 2008; Trigger, 2010). Das ERV und seine induzierten immunitäts- oder entzündungsbezogenen Gene können für die physiologischen Funktionen der Leber von wesentlicher Bedeutung sein und als Bindeglied zwischen Ernährungsstoffwechsel und Immunität (oder Entzündung) dienen. Obwohl in dieser Studie eine Änderung der Ernährung (oder Energie) die mRNA-Expression von ERV und die immunitäts- oder entzündungsbezogenen Gene in der Gänsefettleber im Vergleich zur normalen Leber induzierte, ist es bemerkenswert, dass das ERV immunitäts- oder entzündungsbezogene Gene induzierte Möglicherweise regulieren Rückkopplungen den Ernährungsstoffwechsel (Volkman und Stetson, 2014; Cañadas et al., 2018). Daher liefert diese Studie einige Beweise, die die Annahme stützen, dass ERV über die immunitäts- oder entzündungsbezogenen Gene an der Entwicklung der Gänsefettleber beteiligt ist.

Vorteile von Cistanche-Ergänzungsmitteln – wie man das Immunsystem stärkt

In dieser Studie haben wir auch den Proteingehalt von IFIH1 in den Lebern der nüchternen Gänse vs. Kontrollgänse, der nüchternen Hühner vs. Kontrollhühner und der überfütterten Gänse vs. Kontrollgänse bestimmt. Obwohl die Muster des IFIH1-Proteinspiegels denen des IFIH1-mRNA-Spiegels ähnelten, war der Unterschied im Proteinspiegel zwischen der Behandlungs- und der Kontrollgruppe nicht so offensichtlich wie der im mRNA-Spiegel. Zu den möglichen Erklärungen gehört, dass der Proteinspiegel von IFIH1 posttranskriptionell reguliert werden könnte. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der Ernährungs- oder Energiestatus die Expression einiger immunitäts- oder entzündungsbezogener Gene über ERV beeinflusst, was einen potenziellen Mechanismus darstellt, der dem Zusammenhang zwischen Ernährung (oder Energie) und Immunität (oder Entzündung) zugrunde liegt. Ernährung oder Energiestatus können die Expression von ERV über DNA-Methylierung regulieren. Es gibt Unterschiede in dieser epigenetischen Regulation zwischen Geflügelarten und der spezifische Mechanismus muss weiter untersucht werden. Die immunitäts- oder entzündungsbezogenen Gene, die von der Ernährung oder dem Energiestatus beeinflusst werden, sind möglicherweise nicht nur an der angeborenen Immunantwort beteiligt, sondern spielen auch eine Rolle bei Entzündungen, Tierwachstum und Apoptose sowie der Feedback-Regulierung der Ernährung oder des Energiestoffwechsels. Darüber hinaus zeigte diese Studie auch zum ersten Mal, dass ERV und ihre regulierten Immunitäts- oder Entzündungsgene an der Entstehung einer Gänsefettleber beteiligt sind.

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