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Tipo: Tese
Título: Epigenetic mechanisms involved in the interaction between diet and the expression of inflammation-related genes
Mecanismos epigenéticos envolvidos na interação entre a dieta e a expressão de genes relacionados com a inflamação
Autor(es): Rocha, José Luiz Marques
Abstract: Epigenetic mechanisms are involved in the regulation of gene expression including microRNAs (miRNA) and DNA methylation; and play a crucial role in the development and maintenance of pathophysiological complications. Therefore, the aims of this work were: 1) To evaluate the effect of a weight loss strategy based on the Mediterranean dietary pattern (RESMENA diet) on expression of some selected inflammation-related genes and miRNAs in white blood cells (WBC) of individuals with metabolic syndrome (MetS); 2) To clarify in vitro the roles of selected miRNAs on the expression of inflammation-related genes in human acute monocytic leukemia cells (THP-1). Moreover, we investigated the regulatory role of fatty acids (palmitic acid, oleic acid, eicosapentaenoic acid and docosahesaenoic acid) on the expression of these miRNAs in monocytes, macrophages and LPS-activated macrophages (AcM); 3) To explore in young and apparently healthy adults, the relation between DNA methylation levels of LINE-1, TNF and IL6 in periferal blood monoclear cells (PBMC) and anthropometric, biochemical, clinical, dietary, inflammatory and oxidative stress parameters. To the first aim, the clinical, anthropometric, and biochemical characteristics of 40 individuals with MetS (20 men, 20 women; age: 48.8±10.02y; BMI: 35.41±4.42 kg/m 2 ) were evaluated before and after an 8 weeks hypocaloric (-30% of energy requeriments) diet based on the Mediterranean dietary pattern. Food consumption and nutrient intake were assessed with a food frequency questionnaire and 48-h weighed food records. Total RNA was isolated from WBC and the expression of some inflammation-related miRNAs and mRNAs (IL-6, TNF, ICAM-1, IL-18, SERPINE1, VCAM-1) was assessed by qRT- PCR. To achieve the second aim, THP-1 were differentiated into macrophages and activated with LPS for 24 hours. The three cell types were transfected with miR-Let-7b- 5p and miR-155-3p mimics or negative control. qRT-PCR analyses were performed to evaluate selected genes with potential role in inflammatory pathways related to these miRNAs. To the third aim, one hundred fifty-six individuals (91 women, 65 men; age: 23.1±3.5 years; BMI: 22.0±2.9 kg/m 2 ) were evaluated for anthropometric, biochemical and clinical markers, including some components of the antioxidant defense system and inflammatory response. Moreover, DNA methylation of LINE-1, TNF and IL6 and the expression of some inflammation-related genes were analyzed in PBMC. The RESMENA nutritional intervention improved mostly anthropometric and biochemical features. The expression of miR-155-3p was decreased in PBMC, whereas let-7b was strongly upregulated as a consequence of the diet treatment. However, they were not correlated with the expression of the pro inflammatory genes in the same cells. The changes in the expression of let-7b, miR-125b, miR-130a, miR-132-3p, and miR-422b were associated with changes in diet quality when assessed by the Healthy Eating Index. Moreover, low consumption of lipids and saturated fat were associated with higher expression of let-7b after the nutritional intervention. The in vitro transfection of miR-155-3p mimic led to upregulation of IL6 in the three cell types analyzed. In the same way, SERPINE1 was upregulated in monocytes and macrophages. However, TLR-4 was downregulated in transfected monocytes and macrophages. After transfection with let-7b mimic, TNF/IL6 and SERPINE1 expression were downregulated in monocytes and AcM, respectively; however, TNF, IL6 and SERPINE1 were upregulated in macrophages. In addition, oleic acid was able to increase the expression of miR-155 in monocytes when compared with the DHA treatment but not in relation with non-treated cells. On the other side, oleic acid increased the expression of Let-7b in macrophages and AcM. Finally, the results from DNA methylation in young adults showed that adiposity was lower among individuals with higher LINE-1 methylation. On the contrary, body fat-free mass was higher among those with higher LINE-1 methylation. Individuals with higher LINE-1 methylation had higher daily intakes of calories, iron and riboflavin. However, those individuals who presented lower percentages of LINE-1 methylation reported higher intakes of copper, niacin and thiamin. Interestingly, the group with higher LINE-1 methylation had a lower percentage of current smokers and more individuals practicing sport. On the other hand, TNF methylation percentage was negatively associated with waist circumference, waist-to-hip ratio and waist-to-height ratio. Our data suggest that the modulation of the expression of miRNAs and DNA methylation through a nutrition approach might be a future alternative or adjunct to current pharmacologic therapy targeting endogenous miRNAs or target genes. Furthermore, this study also expands the understanding of the role of fatty acids in the epigenetic regulation in immune cells.
Mecanismos epigenéticos estão envolvidos na regulação da expressão gênica, incluindo metilação do DNA e microRNA (miRNA) que desempenham um papel crucial no desenvolvimento e manutenção de complicações metabólicas. Portanto, os objetivos deste estudo foram: 1) Avaliar o efeito de uma estratégia para perda de peso com base no padrão mediterrâneo (dieta RESMENA) na expressão de alguns genes e miRNAs relacionados com inflamação em células brancas do sangue (WBC) de indivíduos com síndrome metabólica (MetS); 2) Estudar in vitro a ação de alguns miRNAs selecionados na expressão de genes relacionados com a inflamação em células humanas de leucemia monocítica aguda (THP-1). Além disso, investigar o papel regulador de ácidos graxos (ácido palmítico, ácido oleico, ácido eicosapentaenoico e ácido docosahexaenoico) na expressão destes miRNAs em monócitos, macrófagos e macrófagos activados por LPS (AcM); 3) Explorar em células mononucleares de sangue periféricos (PBMC) de jovens adultos aparentemente saudáveis, a relação entre os níveis de metilação do DNA (LINE1, TNF e IL6) e os parâmetros antropométricos, bioquímicos, clínicos, nutricionais e marcadores do estado inflamatório e do estresse oxidativo. Para isso, 2 estudos foram conduzidos em duas populações distintas, além de um estudo in vitro. No primeiro, características clínicas, antropométricas e bioquímicas de 40 indivíduos com MetS (20 homens e 20 mulheres, idade: 48.8 ± 10 anos; IMC: 35.4 ± 4.4 kg/m 2 ) foram avaliadas antes e depois de 8 semanas de uma dieta hipocalórica (-30% das necessidades energéticas) baseada no padrão alimentar mediterrânico. A ingestão de nutrientes foi avaliada com um questionário de frequência alimentar. O RNA total foi isolado a partir de WBC e a expressão de alguns miRNAs e mRNAs (IL6, TNF, ICAM- 1, IL-18, SERPINE1, VCAM-1) foram avaliados por meio de qRT-PCR. Para melhor compreensão dos dados, um estudo in vitro foi desenvolvido. THP-1 foram diferenciadas em macrófagos e ativados com LPS durante 24 horas. Os três tipos celulares foram transfectados com miR-Let7b-5p, miR-155-3p ou controle negativo. E a expressão dos miRNAs e genes foi realizada por qRT-PCR. Para o terceiro objetivo, foram utilizados dados de um estudo transversal com 156 indivíduos (91 mulheres, 65 homens com idade média: 23.1 ± 3.5 anos; IMC: 22.0±2.9 kg/m 2 ). Foram avaliados parâmetros antropométricos, bioquímicos clínicos, e alguns componentes dos sistemas de defesa antioxidante e resposta inflamatória. Além disso, a metilação do DNA e a expressão de alguns genes foram analisadas em PBMC. A intervenção nutricional RESMENA melhorou características antropométricas e bioquímicas dos participantes. A expressão de miR-155-3p foi diminuída enquanto Let-7b foi fortemente aumentada após 8 semanas de intervenção nutricional. As alterações na expressão de let-7b, miR- 125b, miR-130a, miR-132-3p e miR-422b foram associadas com mudanças na qualidade da dieta, quando avaliada pelo índice de alimentação saudável. Além disso, o baixo consumo de lipídios e de gordura saturada foram associados com maior expressão de let-7b após o tratamento dietético. A transfecção in vitro do miR-155-3p levou ao aumento da expressão de IL6 nos três tipos celulares analisados. Da mesma forma, SERPINE1 foi regulado positivamente em monócitos e macrófagos. No entanto, TLR-4 foi regulado negativamente em monócitos e macrófagos transfectados com esse miRNA. Após transfecção com let-7b, TNF/IL6 e SERPINE1 foram reprimidos em monócitos e AcM, respectivamente. Além disso, o tratamento com ácido oleico foi capaz de aumentar a expressão de miR-155 em monócitos quando comparado com o tratamento de DHA, mas não em relação com as células controle. Por outro lado, o ácido oleico, aumentou a expressão de let-7b em macrófagos e AcM. Finalmente, os resultados de metilação do DNA mostraram que a adiposidade foi menor entre os indivíduos com maior metilação global do DNA (LINE-1). Indivíduos com maior metilação do DNA apresentaram maior ingestão diária de calorias, ferro e riboflavina. No entanto, os indivíduos que apresentaram menor porcentagem de metilação do DNA relataram maior consumo de cobre, niacina e tiamina. Curiosamente, o grupo com maior metilação de LINE-1 teve menor porcentagem de fumantes e mais pessoas que praticavam atividade física. Além disso, a porcentagem de metilação de TNF foi negativamente associada com o perímetro da cintura, relação cintura-quadril e relação cintura-estatura. Os nossos dados sugerem que a modulação da expressão de miRNAs e metilação de DNA por meio de uma abordagem nutricional podem ser uma alternativa futura ou adjunta à terapia farmacológica atual. Além disso, este estudo amplia o entendimento de como os ácidos graxos podem atuar nas células imunológicas relacionadas com a inflamação.
Palavras-chave: Síndrome metabólica
Epigenética
Regulação de expressão gênica
Leucócitos
Inflamação
CNPq: Nutrição
Editor: Universidade Federal de Viçosa
Citação: ROCHA, José Luiz Marques. Epigenetic mechanisms involved in the interaction between diet and the expression of inflammation-related genes. 2016. 90 f. Tese (Doutorado em Ciência da Nutrição) - Universidade Federal de Viçosa, Viçosa. 2016.
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: http://www.locus.ufv.br/handle/123456789/9230
Data do documento: 19-Fev-2016
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