Proteomic analysis of fetal programming-associated obesity marker in rat brain

Abstract

Maternal food restriction during pregnancy were associated with increasing a risk of developing obesity with various diseases such as type 2 diabetes, cardiovascular disease, hypertension, and metabolic syndrome. We used an animal model to study the effects of maternal food restriction in rats. The objectives of this study were to search for analyzing brain of fetal programming rat model using proteomic analysis and to verify the possibility of fetal programming associated obesity marker. Two groups of pregnant Sprague Dawley rats were studied: (1) Control (C group), (2) 50% maternal food restriction (FR group) from day 10-22 of gestation. Offspring were sacrificed at 3 weeks of age for whole brain tissue. For identification of fetal programming related proteins associated with obesity, two-demensional (2D) gel electrophoresis was carried out with triplicated samples of pooled same groups. The marked difference in spot intensity was arbitrarily set as a 10-fold difference following analysis data from the PD-Quest software manufactures. Furthermore, protein expressions were measured using western blot analysis and all the results were analyzed by statistical analysis. Five proteins, ubiquitin carboxy-terminal hydrolase L1 (UCHL1), toll interacting protein (TOLLIP), secernin 1 (SCRN1), Beta-actin (β-actin), Actin, alpha 1, skeletal muscle, isoform (Actin), were more highly represented, whereas three proteins, keratin, type Ⅱ (Keratin), trisephosphate isomerase (TPM), Fatty acid synthase (FAS) were lowly represented in the FR group. Among those proteins, SCRN1 and UCHL1 were significantly correlated with obesity related metabolism (p<0.05). Therefore, these results suggest that UCHL1 has a possibility to be used as fetal programming markers related obesity. Further studies of obesity related proteins need to verify long term study in adult offspring. ;본 연구는 프로테오믹스 분석을 이용하여 확인된 단백질들이 태아 프로그래밍에 관련된 비만 유전자 마커의 가능성을 확인하였다. 8 주령 Sprague-Dawley(SD)종 수컷 흰 쥐와 암컷 흰 쥐를 1 주일간 순화시킨 후, 9 주째에 교배를 시켜 모체를 2군으로 나누었다. 임신 기간과 수유 기간 모두 정상 식이를 한 대조군 (C group), 임신 기간 동안 50 % 제한 식이 후, 수유기간 이후에는 정상 식이를 한 실험군 (FR group)으로 나누었다. 임신 10일째부터 22 일까지 식이를 제한하였다. 각 모체 2 군에서 태어난 3주령 자손 쥐의 전체 뇌를 이용하여 프로테오믹스 분석, 웨스턴 블롯을 이용한 단백질 발현 변화를 통하여 측정하였다. 전체 뇌의 후보 단백질인 Ubiquitin carboxy-terminal hydrolase L1 (UCHL1)은 프로테오믹스 분석 및 단백질 발현은 대조군의 비해 통계적으로 유의하게 감소하였다 (p<0.05). Secernin 1(SCRN1) 단백질 발현은 대조군의 비해 유의하게 증가하였다 (p<0.05). 또한, Toll interacting protein(TOLLIP), Nucleophosmin (NPM), SLIT and NTRK-like protein 5 (SLITRK5) 단백질 발현은 대조군의 비해 증가하였으며, retinol binding protein 1 (RBP1) 단백질 발현은 두 군 모두 차이가 없었다. 결론적으로, 임신 중 식이 제한은 자손 전체 뇌의 단백질 양상을 보면 NPM, TOLLIP, SCRN1, SLITRK5 유전자들이 모두 gender specific 하게 유의하게 증가하는 것으로 보아 비만 관련된 단백질이라 보여지고 있다. 하지만 UCHL1 유전자는 통계적으로 차이가 가장 많이 나는 것으로 보아 비만 유전자 마커로 사용할 수 있는 가능성을 제시하였다. 추후 연구에서는 UCHL1 유전자가 기능적인 면에서 어떤 변화가 있는지 In vitro 실험을 통해 알아봐야 할 것이다. 또한, 성인기까지의 장기간의 연구를 통해 정상적인 성장과 비만에 대한 후보 단백질의 가치를 판단하는 연구가 필요하다.