Ukr.Biochem.J. 2021; Том 93, № 6, листопад-грудень, c. 119-129

doi: https://doi.org/10.15407/ubj93.06.119

Вміст дріжджів у дієті Drosophila впливає на метаболізм батьківського покоління та їх нащадків

О. М. Стрільбицька1*, H. П. Стефанишин1, У. В. Семанюк1, О. В. Лущак1,2*

1Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника, Івано-Франківськ, Україна;
2Університет досліджень та розвитку, Івано-Франківськ, Україна;
*e-mail: olya_b08@ukr.net or oleh.lushchak@pnu.edu.ua

Отримано: 18 квітня 2021; Затверджено: 12 листопада 2021

Вміст поживних речовин у харчовому раціоні батьків може епігенетично впливати на метаболізм нащадків. Результати наших досліджень виявили нові тенденції у зміні активності ензимів основних метаболічних шляхів у відповідь на вміст протеїнів у раціоні. Батьківське покоління дрозофіл утримували на середовищах із чотирма варіаціями кількості дріжджів у межах від 0,25% до 15% та сталим вмістом сахарози, але наступне покоління перебувало на середовищі однакового складу. Отже, єдиною змінною складовою в експериментах була концентрація сухих дріжджів у середовищі, на якому утримували батьківське покоління. Ми показали, що обмеження вмісту протеїнів у дієті призводило до вищої активності ЛДГ у мух батьківського покоління, а також цей ефект проявлявся у їх нащадків. Трансгенераційний ефект вмісту дріжджів у дієті батьків на активність MДГ виявлений тільки у самців. Споживання їжі з високим вмістом дріжджів проявилось вищою активністю АЛТ у батьків, однак не впливало на активність АЛТ у їх нащадків. Навіть більше, надмірне споживання дріжджів призводило до вищої активності AСT у батьків, однак у нащадків активність AСT при цьому була нижчою. Виявлено вищий вміст сечовини у самців першого покоління нащадків, отриманих від батьків, які харчувались середовищем із низьким вмістом дріжджів. Наші результати продемонстрували вирішальну роль дріжджів у харчовому раціоні батьків у регуляції метаболізму, що може успадковуватися через покоління.

Ключові слова: , , , , , ,


Посилання:

  1. Grangeteau C, Yahou F, Everaerts C, Dupont S , Farine JP, Beney L, Ferveur JF. Yeast quality in juvenile diet affects Drosophila melanogaster adult life traits. Sci Rep. 2018;8(1):13070. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  2. Lee KP. Dietary protein:carbohydrate balance is a critical modulator of lifespan and reproduction in Drosophila melanogaster: a test using a chemically defined diet. J Insect Physiol. 2015;75:12-19. PubMedCrossRef
  3. Strilbytska O, Strutynska T, Semaniuk U, Burdyliyk N, Lushchak O. Dietary sucrose defines lifespan and metabolism in Drosophila. Ukr Biochem J. 2020;92(5):97-105. CrossRef
  4. Lushchak OV, Gospodaryov DV, Rovenko BM, Glovyak AD, Yurkevych IS, Klyuba VP, Shcherbij MV, Lushchak VI. Balance between macronutrients affects life span and functional senescence in fruit fly Drosophila melanogaster. J Gerontol A Biol Sci Med Sci. 2012;67(2):118-125. PubMed, CrossRef
  5. Aldrich JC, Maggert KA. Transgenerational inheritance of diet-induced genome rearrangements in Drosophila. PLoS Genet. 2015;11(4):e1005148. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  6. Strilbytska O, Velianyk V, Burdyliuk N, Yurkevych IS, Vaiserman A, Storey KB, Pospisilik A, Lushchak O. Parental dietary protein-to-carbohydrate ratio affects offspring lifespan and metabolism in drosophila. Comp Biochem Physiol A Mol Integr Physiol. 2020;241:110622. PubMed, CrossRef
  7. Haggarty P. Epigenetic consequences of a changing human diet. Proc Nutr Soc. 2013;72(4):363-371. PubMed, CrossRef
  8. Barrès R, Zierath JR. The role of diet and exercise in the transgenerational epigenetic landscape of T2DM. Nat Rev Endocrinol. 2016;12(8):441-451. PubMedCrossRef
  9. Lee MJ, Yaffe MB. Protein Regulation in Signal Transduction. Cold Spring Harb Perspect Biol. 2016;8(6):a005918. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  10. Lushchak O, Strilbytska O, Piskovatska V, Storey KB, Koliada A, Vaiserman A. The role of the TOR pathway in mediating the link between nutrition and longevity. Mech Ageing Dev. 2017;164:127-138. PubMed, CrossRef
  11. Lushchak O, Strilbytska OM, Yurkevych I, Vaiserman AM, Storey KB. Implications of amino acid sensing and dietary protein to the aging process. Exp Gerontol. 2019;115:69-78. PubMed, CrossRef
  12. Solon-Biet SM, McMahon AC, Ballard JWO, Ruohonen K, Wu LE, Cogger VC, Warren A, Huang X, Pichaud N, Melvin RG, Gokarn R, Khalil M, Turner N, Cooney GJ, Sinclair DA, Raubenheimer D, Le Couteur DG, Simpson SJ. The ratio of macronutrients, not caloric intake, dictates cardiometabolic health, aging, and longevity in ad libitum-fed mice. Cell Metab. 2014;19(3):418-430. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  13. Solon-Biet SM, Mitchell SJ, Coogan SCP, Cogger VC, Gokarn R, McMahon AC, Raubenheimer D, de Cabo R, Simpson SJ, Le Couteur DG. Dietary Protein to Carbohydrate Ratio and Caloric Restriction: Comparing Metabolic Outcomes in Mice. Cell Rep. 2015;11(10):1529-1534. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  14. Simpson SJ, Raubenheimer D. Macronutrient balance and lifespan. Aging (Albany NY). 2009;1(10):875-880. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  15. Kapahi P, Zid BM, Harper T, Koslover D, Sapin V, Benzer S.Regulation of lifespan in Drosophila by modulation of genes in the TOR signaling pathway. Curr Biol. 2004;14(10):885-890. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  16. Rovenko BM, Perkhulyn NV, Lushchak OV, Storey JM, Storey KB, Lushchak VI. Molybdate partly mimics insulin-promoted metabolic effects in Drosophila melanogaster. Comp Biochem Physiol C Toxicol Pharmacol. 2014;165:76-82. PubMed, CrossRef
  17. Bowman E, Tatar M. Reproduction regulates Drosophila nutrient intake through independent effects of egg production and sex peptide: Implications for aging. Nutr Healthy Aging. 2016;4(1):55-61. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  18. Yurkevych IS, Gray LJ, Gospodaryov DV, Burdylyuk NI, Storey KB, Simpson SJ, Lushchak O. Development of fly tolerance to consuming a high-protein diet requires physiological, metabolic and transcriptional changes. Biogerontology. 2020;21(5):619-636. PubMed, CrossRef
  19. Bradford MM. A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding. Anal Biochem. 1976;72(1-2):248-254. PubMedCrossRef
  20. Geer BW, Zacharias CE. Alteration of L-alanine aminotransferase, L-aspartate aminotransferase and beta-hydroxyacyl dehydrogenase activities in Drosophila melanogaster larvae by nutritional manipulation. Comp Biochem Physiol B. 1974;47(1):53-62. PubMed, CrossRef
  21. Matzkin LM, Johnson S, Paight C, Markow TA. Preadult parental diet affects offspring development and metabolism in Drosophila melanogaster. PLoS One. 2013;8(3):e59530. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  22. Valtonen TM, Kangassalo K, Pölkki M, Rantala MJ. Transgenerational effects of parental larval diet on offspring development time, adult body size and pathogen resistance in Drosophila melanogaster. PLoS One. 2012;7(2):e31611. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  23. Long DM, Frame AK, Reardon PN, Cumming RC, Hendrix DA, Kretzschmar D, Giebultowicz JM. Lactate dehydrogenase expression modulates longevity and neurodegeneration in Drosophila melanogaster. Aging (Albany NY). 2020;12(11):10041-10058. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  24. Li H, Rai M, Buddika K, Sterrett MC, Luhur A, Mahmoudzadeh NH, Julick CR, Pletcher RC, Chawla G, Gosney CJ, Burton AK, Karty JA , Montooth KL, Sokol NS, Tennessen JM. Lactate dehydrogenase and glycerol-3-phosphate dehydrogenase cooperatively regulate growth and carbohydrate metabolism during Drosophila melanogaster larval development. Development. 2019;146(17):dev175315. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  25. Farkas R, Knopp J. Genetic and hormonal control of cytosolic malate dehydrogenase activity in Drosophila melanogaster. Gen Physiol Biophys. 1998;17(1):37-50. PubMed
  26. Perkhulyn NV, Rovenko BM, Lushchak OV, Storey JM, Storey KB, Lushchak VI. Exposure to sodium molybdate results in mild oxidative stress in Drosophila melanogaster. Redox Rep. 2017;22(3):137-146. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  27. Magwere T, Chapman T, Partridge L. Sex differences in the effect of dietary restriction on life span and mortality rates in female and male Drosophila melanogaster. J Gerontol A Biol Sci Med Sci. 2004;59(1):3-9. PubMed, CrossRef
  28. Millington JW, Brownrigg GP, Chao C, Su Z, Basner-Collins PJ, Wat LW, Hudry B, Miguel-Aliaga I, Rideout EJ. Female-biased upregulation of insulin pathway activity mediates the sex difference in Drosophila body size plasticity. Elife. 2021;10:e58341. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  29. Graze RM, Tzeng RY, Howard TS, Arbeitman MN. Perturbation of IIS/TOR signaling alters the landscape of sex-differential gene expression in Drosophila. BMC Genomics. 2018;19(1):893. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  30.  Müller M, Mentel M, van Hellemond JJ, Henze K, Woehle C, Gould SB, Yu RY, van der Giezen M, Tielens AGM, Martin WF. Biochemistry and evolution of anaerobic energy metabolism in eukaryotes. Microbiol Mol Biol Rev. 2012;76(2):444-495. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  31. Sookoian S , Pirola CJ. Alanine and aspartate aminotransferase and glutamine-cycling pathway: their roles in pathogenesis of metabolic syndrome. World J Gastroenterol. 2012;18(29):3775-3781. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  32. Jean C, Rome S, Mathé V, Huneau JF, Aattouri N, Fromentin G, Achagiotis CL, Tomé D. Metabolic evidence for adaptation to a high protein diet in rats. J Nutr. 2001;131(1):91-98. PubMed, CrossRef
  33. Heinrichsen ET, Zhang H, Robinson JE, Ngo J, Diop S, Bodmer R, Joiner WJ, Metallo CM, Haddad GG. Metabolic and transcriptional response to a high-fat diet in Drosophila melanogaster. Mol Metab. 2013;3(1):42-54. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  34. Carone BR, Fauquier L, Habib N, Shea JM, Hart CE, Li R, Bock C, Li C, Gu H, Zamore PD, Meissner A, Weng Z, Hofmann HA, Friedman N, Rando OJ. Paternally induced transgenerational environmental reprogramming of metabolic gene expression in mammals. Cell. 2010;143(7):1084-1096. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  35. Stegemann R, Buchner DA. Transgenerational inheritance of metabolic disease. Semin Cell Dev Biol. 2015;43:131-140. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  36. Grindler NM, Moley KH. Maternal obesity, infertility and mitochondrial dysfunction: potential mechanisms emerging from mouse model systems. Mol Hum Reprod. 2013;19(8):486-494. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  37. Macdonald WA. Epigenetic mechanisms of genomic imprinting: common themes in the regulation of imprinted regions in mammals, plants, and insects. Genet Res Int. 2012;2012:585024. PubMed, PubMedCentral, CrossRef

Creative CommonsThis work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.