Registro:
| Documento: | Tesis Doctoral |
| Título: | Mecanismos moleculares asociados a las consecuencias comportamentales de la malnutrición proteica perinatal : estrategias de reversión |
| Título alternativo: | Molecular mechanisms associated with the behavioral consequences of perinatal protein malnutrition : reversal strategies |
| Autor: | Alberca Doto, Carolina Desirée |
| Editor: | Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales |
| Publicación en la Web: | 2022-03-29 |
| Fecha de defensa: | 2021-09-07 |
| Fecha en portada: | 2021 |
| Grado Obtenido: | Doctorado |
| Título Obtenido: | Doctor de la Universidad de Buenos Aires en el área de Química Biológica |
| Director: | Cánepa, Eduardo Tomás; Chertoff, Mariela Sandra Juana |
| Consejero: | Viola, Haydée Ana María |
| Jurado: | Brocco, Marcela Adriana; Antonelli, Marta Cristina; Beauquis, Juan |
| Idioma: | Español |
| Palabras clave: | MALNUTRICION PROTEICA; AMBIENTE ENRIQUECIDO; MECANISMOS EPIGENETICOS; EJE HIPOTALAMO; PITUITARIA -ADRENAL; PLASTICIDAD NEURONAL; ANSIEDAD Y DEPRESION POSPARTO; HIPOCAMPO; 5-HIDROXIMETILCITOSINA; EXPRESION GENICA; ESTRES NUTRICIONAL; ADVERSIDAD TEMPRANA; DESARROLLO DEL CEREBROPROTEIN MALNUTRITION; ENRICHED ENVIRONMENT; EPIGENETIC MECHANISMS; HYPOTHALAMIC; PITUITARY-ADRENAL AXIS; NEURAL PLASTICITY; POSTPARTUM ANXIETY AND DEPRESSION; HIPPOCAMPUS; 5-HYDROXYMETHYLCYTOSINE; GENE EXPRESSION; NUTRITIONAL STRESS; EARLY ADVERSITY; BRAIN DEVELOPMENT |
| Formato: | PDF |
| Handle: |
http://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n6869_AlbercaDoto |
| PDF: | https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/download/tesis/tesis_n6869_AlbercaDoto.pdf |
| Registro: | https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/collection/tesis/document/tesis_n6869_AlbercaDoto |
| Ubicación: | Dep.QUI 006869 |
| Derechos de Acceso: | Esta obra puede ser leída, grabada y utilizada con fines de estudio, investigación y docencia. Es necesario el reconocimiento de autoría mediante la cita correspondiente. Alberca Doto, Carolina Desirée. (2021). Mecanismos moleculares asociados a las consecuencias comportamentales de la malnutrición proteica perinatal : estrategias de reversión. (Tesis Doctoral. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales.). Recuperado de http://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n6869_AlbercaDoto |
Resumen:
Experimentar situaciones de adversidad durante los períodos críticos del desarrollo del cerebro puede tener consecuencias deletéreas sobre el sistema nervioso central. En efecto, la malnutrición proteica materna tiene consecuencias a largo plazo que impactan en el desarrollo cerebral de la progenie y en el comportamiento tanto de las madres como de las crías. No obstante, se ha demostrado que un ambiente de crecimiento basado en la estimulación social y sensorial puede revertir el comportamiento alterado derivado de la malnutrición proteica perinatal. Dado el rol mediador que tiene la epigenética entre el ambiente y la expresión génica, se sugiere que los mecanismos epigenéticos podrían responder a los factores externos como la dieta y el entorno de crecimiento, y de esta manera, modular el fenotipo comportamental. Sin embargo, poco se sabe de los mecanismos moleculares y epigenéticos que median las consecuencias de la malnutrición proteica en las madres y las crías, como así poco se sabe de las marcas epigenéticas que podrían estar regulando la expresión génica y participando de la reversión comportamental dado por el ambiente enriquecido. Nuestra hipótesis sostiene que la malnutrición proteica tiene un impacto sobre la morfología del cerebro de las crías y afecta la expresión de genes relacionados con la maquinaria epigenética y la respuesta al estrés tanto en las madres como en las crías, dando origen a las alteraciones comportamentales. A su vez, sugerimos que el ambiente de crecimiento es capaz de revertir las alteraciones en la conducta derivadas de la malnutrición perinatal a través de la marca epigenética específica de cerebro 5-Hidroximetilcitosina (5hmC). Para contrastar esta hipótesis, trabajamos con un modelo murino y expusimos a las madres a una dieta normal (NP: 20% caseína) o hipoproteica (LP: 8% caseína) durante la gestación y la lactancia. Luego del destete, un grupo de crías hembras fueron alimentadas con comida normal y expuestas o bien a un ambiente estándar de crecimiento, o bien a un ambiente enriquecido social y sensorialmente. Encontramos que, en las madres, la actividad transcripcional de los genes relacionados con la maquinaria epigenética, genes asociados a la plasticidad neuronal y con la respuesta al estrés, no se ven afectados por la malnutrición. Sin embargo, observamos que la expresión proteica del receptor de glucocorticoides (GR) se ve disminuida en el grupo LP. En las crías, la malnutrición proteica perinatal no produce alteraciones considerables a la edad de 21 días en ninguno de los dos sexos sobre la anatomía de las estructuras del cerebro evaluadas tanto a nivel del hipocampo dorsal como del hipocampo ventral. Sin embargo tiene efectos sexo-específicos sobre la expresión de los genes relacionados con la maquinaria epigenética, genes asociados a la plasticidad neuronal y de la respuesta al estrés, encontrándose las mayores diferencias en las crías hembras. Además, encontramos que al igual que en las madres, la proteína GR se encuentra disminuida en las crías hembras hipoproteicas. También, evaluamos la distribución de la marca epigenética 5hmC en el hipocampo ventral de ratones hembra sujetas solo al modelo de malnutrición y al modelo de malnutrición más ambiente enriquecido. Observamos que esta marca se distribuye diferencialmente en el cuerpo del gen de acuerdo con la dieta y el ambiente de crecimiento. Al analizar las DhMRs (regiones diferencialmente hidroximetiladas), encontramos que la malnutrición está asociada a una disminución de la marca epigenética, específicamente en genes relacionados con el desarrollo del sistema nervioso central, mientras que la exposición a un ambiente enriquecido bajo el modelo de malnutrición perinatal aumenta la marca en genes relacionados con dichos términos. Finalmente, analizamos la expresión global de los genes mediante un RNAseq. Se encontró un número significativo de genes cuya expresión se vio afectada por la malnutrición y que revierten sus niveles debido al ambiente enriquecido. Además, si bien la marca 5hmC no parece estar asociada al proceso de transcripción bajo el modelo de malnutrición, podría estar regulando los niveles transcripcionales de genes afectados por el ambiente de crecimiento. En conclusión, en este trabajo de tesis demostramos que una dieta materna deficiente de proteínas altera la expresión de genes relevantes del eje HPA en las madres y en las crías hembras. Además, evidenciamos que la malnutrición proteica perinatal afecta la expresión génica de ciertos genes relacionados con la maquinaria epigenética, la plasticidad neuronal y de la respuesta al estrés en las crías hembras y machos de forma sexo-específica. Por último, demostramos que tanto la distribución de la marca específica de cerebro 5hmC, como la expresión de ARN se ven alteradas debido a la malnutrición proteica, y que los niveles de algunos genes pueden revertirse gracias al ambiente enriquecido.
Abstract:
Experiencing adversity during critical periods of brain development can lead to deleterious consequences on the central nervous system. Indeed, maternal protein malnutrition has long-term consequences that affect the brain development of the offspring and the behavior of both mothers and the offspring. However, it has been shown that a growth environment based on social and sensory stimulation is capable to reverse the altered behavior derived from perinatal protein malnutrition. Given the mediating role of epigenetics between the environment and gene expression, it is suggested that epigenetic mechanisms could respond to external factors such as diet and the growth environment, modulating the behavior. However, little is known about the molecular and epigenetic mechanisms involved in the consequences of protein malnutrition in both mothers and offspring. Moreover, little is known about the epigenetic marks that could regulate gene expression and participate in the behavioral rescue due to the enriched environment. We hypothesize that protein malnutrition impacts the offspring's brain morphology and affects the expression of genes related to the epigenetic machinery and the response to stress in both mothers and offspring, which leads to behavioral alterations. Besides, we suggest the growth environment is capable of reversing behavioral alterations derived from perinatal malnutrition through the brain-specific epigenetic mark 5-Hydroxymethylcytosine (5hmC). In order to test this hypothesis, a murine model was used where the mothers were exposed to a normal (NP: 20% casein) or a low protein (LP: 8% casein) diet during pregnancy and lactation. After weaning, a group of female pups was fed standard food and exposed to one of two possible growing environments: standard or sensory and social enriched environment. We found that, in mothers, the transcriptional activity of genes related to the epigenetic machinery, genes associated with neuronal plasticity, and genes related to the response to stress, are not affected by malnutrition. However, we observed that the protein expression of the glucocorticoid receptor (GR) is decreased in the LP group. In pups, perinatal protein malnutrition does not produce considerable alterations at the age of 21 days in either sex on the anatomy of the brain structures evaluated both at the level of the dorsal the ventral hippocampus. However, perinatal protein malnutrition leads to sex-specific effects on the expression of genes related to the epigenetic machinery, genes associated with neuronal plasticity, and genes related to the response to stress, where the greatest differences have been found in female offspring. In addition, we found that, as in mothers, the GR protein is decreased in LP female offspring. In addition, we evaluated the distribution of the epigenetic mark 5hmC in the ventral hippocampus of female mice subjected only to the malnutrition model and the malnutrition + enriched environment model. We observed 5hmC is differentially distributed in the gene body according to diet and growth environment. When analyzing the DhMRs (differentially hydroxymethylated regions) we found that malnutrition is associated with low levels of this epigenetic mark, specifically in genes related to the development of the central nervous system. While the exposure to an enriched environment under the perinatal malnutrition model increases this mark in genes related to those terms. Finally, we analyzed the genome-wide expression profile by RNAseq. A significant number of genes affected by malnutrition reverted their levels due to the enriched environment. Although the 5hmC mark does not appear to be associated with the transcription process under the malnutrition model, it may be regulating the transcriptional levels of genes affected by the growth environment. In conclusion, we have demonstrated that protein malnutrition alters the expression of relevant genes related to the Hypothalamic-Pituitary-Adrenal axis in mothers and female offspring. In addition, we showed that perinatal protein malnutrition affects the gene expression of certain genes related to the epigenetic machinery, neuronal plasticity, and the stress response in female and male offspring in a sex-specific way. Finally, we demonstrated that both the distribution of the 5hmC epigenetic mark and RNA expression, are altered due to protein malnutrition, and the levels of certain genes can be reversed due to the enriched environment.
Citación:
---------- APA ----------
Alberca Doto, Carolina Desirée. (2021). Mecanismos moleculares asociados a las consecuencias comportamentales de la malnutrición proteica perinatal : estrategias de reversión. (Tesis Doctoral. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales.). Recuperado de https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n6869_AlbercaDoto
---------- CHICAGO ----------
Alberca Doto, Carolina Desirée. "Mecanismos moleculares asociados a las consecuencias comportamentales de la malnutrición proteica perinatal : estrategias de reversión". Tesis Doctoral, Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, 2021.https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n6869_AlbercaDoto
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