High-fat diet on a transgenerational model: obesity-related genes and oxidative stress in mice seminal vesicles | Dieta rica em gordura num modelo transgeracional: genes associados à obesidade e stress oxidativo em vesículas seminais de ratinho

The interaction of genetic background with lifestyle factors, such as highly caloric diets and lack of physical activity, are behind the large percentage of children and adults with metabolic disorders, like obesity. These conditions may trigger parental epigenetic alterations that, when passed on to descendants, increase their probability of developing obesity and related pathologies. The majority of cellular and systemic damage in obese individuals is caused by oxidative stress (OS), mainly originated in the mitochondria, the central organelle of cellular metabolism. Over the last decades, we have observed a notable rise in the prevalence of metabolic disorders that overlaps with an increase in infertility rates, particularly in male individuals. The central aim of this project was to study the effects of a high-fat diet (HFD) on the expression of obesity related genes (ORGs), OS and antioxidant mechanisms in seminal vesicles (SV) over 3 generations of a mice model. In this model, the animals from generation F0 were split into 3 groups (N=6) - Control (CTRL, standard chow for 200 days), HFD (HFD for 200 days), and transitional HFD (HFDt, 60 days of HFD followed by standard chow for 140 days). The sons (F1) and grandsons (F2) of the mice from the F0 generation were fed the standard chow until sacrifice (200 days), at which point the SV were collected. Through quantitative PCR, we evaluated the expression of 4 ORGs, fat mass and obesity-associated gene (FTO), melanocortin-4 receptor (MC4R), glucosamine-6-phosphate deaminase 2 (GNPDA2) and transmembrane protein 18 (TMEM18) in the SV, as they are involved in metabolic homeodynamics. The expression of FTO in SV showed a tendency to increase in the HFDt group of F1, compared to the control and HFD groups of that generation. In generation F2, TMEM18 expression increased in the SV of the mice exposed to HFD, when compared to those in the control group. Also, in generation F2, expression of MC4R was increased in the SV of the animals from the HFDt group, when compared to the animals in the HFD group, while GNPDA2 expression in the SV from the mice decreased from control to the HFD group. Subsequently, we analysed how the diets affected mitochondrial performance by assessing the activity of citrate synthase (CS) and mitochondrial complexes I (CI) and II (CII), after isolating the mitochondrial fraction from the SV. Decrease of CS activity in the SV of the mice from the HFD group of generation F0 may be indicative of impact in mitochondrial metabolism. Moreover, the decrease observed in CII activity in the SV of animals from the HFD group of generation F0 suggests a detrimental effect of the diet on mitochondrial performance, suggesting increased OS. Utilising the cytosolic fractions of SV from which we previously isolated mitochondria, we evaluated the antioxidant defences through the activity of superoxide dismutase (SOD) and glutathione reductase (GR). Activity of GR was higher in the SV of the mice in the HFD group, compared to the control group, but lower when compared to the HFDt group, an indication of compromised antioxidant capacity. Evaluation of oxidative damage, specifically lipid peroxidation and protein nitration, was performed using the slot blot technique, but no significant alterations were found. In summary, adopting a diet rich in fats (HFD) affects the metabolic characteristics of the mitochondria in the seminal vesicles (SV). This compromises the antioxidant defences and can affect reproductive health and the fertility of future generations, making sperm more vulnerable to oxidative stress (OS). Dietary choices are therefore fundamental in the context of reproductive health and have consequences in the current and future generations, so a healthy balanced diet is indispensable to preserve our health.

A elevada prevalência de distúrbios metabólicos, como a obesidade, em crianças e adultos resulta de uma interação entre hábitos de vida, como dietas altamente calóricas e sedentariedade, com fatores genéticos. Estas condições podem desencadear alterações epigenéticas nos progenitores, que, quando transmitidas aos descendentes, aumentam a probabilidade de estes desenvolverem obesidade e patologias relacionadas. Na origem da maioria dos danos celulares e sistémicos em indivíduos obesos encontra-se o stress oxidativo (OS), que tem a sua principal fonte nas mitocôndrias, os organelos centrais dos processos metabólicos. Nas últimas décadas, tem se verificado que o acentuado aumento na prevalência de distúrbios metabólicos coincide com o aumento das taxas de infertilidade, particularmente em indivíduos do sexo masculino. O objetivo principal deste projeto foi então avaliar os efeitos de uma dieta rica em gordura (HFD) na expressão de genes relacionados com a obesidade (ORGs), OS e mecanismos antioxidantes em vesículas seminais (SV) de ratinhos utilizando um modelo transgeracional. Neste modelo, os animais da geração F0 foram divididos em 3 grupos (N=6) – controlo (CTRL, dieta normal por 200 dias), HFD (HFD por 200 dias) e HFD de transição (HFDt, HFD por 60 dias seguida de dieta normal por 140 dias). Os filhos (F1) e netos (F2) dos animais da geração F0 foram alimentados com dieta normal até ao sacrifício (200 dias), onde foram recolhidas as SV. Foi avaliada a expressão por PCR quantitativo de 4 ORGs, o gene de obesidade e de massa de gordura associada (FTO), recetor de melanocortina-4 (MC4R), glucosamina-6-fosfato desaminase 2 (GNPDA2) e proteína transmembranar 18 (TMEM18), nas SV devido ao seu envolvimento na homeodinâmica metabólica. A expressão de FTO em SV apresentou tendência para aumento nos animais do grupo HFDt de F1, em comparação com o controlo e HFD dessa geração. Na geração F2, a expressão de TMEM18 aumentou nas SV dos animais expostos a HFD, comparativamente aos animais do grupo controlo. Também na geração F2, a expressão de MC4R aumentou nas SV dos animais do grupo HFDt quando comparado com os do HFD, enquanto a expressão de GNPDA2 diminuiu nas SV dos animais do controlo para o grupo HFD. Em sequência, analisámos o efeito da dieta na função mitocondrial, avaliando a atividade da enzima citrato sintetase (CS) e dos complexos mitocondriais I (CI) e II (CII), após isolar a fração mitocondrial das SV. A diminuição de atividade de CS nos animais do grupo HFD da geração F0 pode ser indicativo de impacto no metabolismo mitocondrial. Adicionalmente, a atividade de CII também diminuiu no mesmo grupo de F0, o que reforça um efeito negativo da dieta no funcionamento mitocondrial, sugerindo num aumento de OS. Utilizando os as frações citosólicas das SV a partir das quais foram isoladas as mitocôndrias, avaliámos as defesas antioxidantes através da atividade das enzimas superóxido dismutase (SOD) e glutationa redutase (GR). A atividade de GR foi superior nas SV dos animas do HFD quando comparada com o controlo, mas inferior à atividade da enzima nos animais do grupo HFDt, um indício de uma capacidade antioxidante danificada. Avaliação do dano resultante do OS, especificamente de nitração proteica e peroxidação lipídica foi feita através do método slot-blot, mas não foram encontradas alterações significativas. Em suma, uma dieta rica em gordura (HFD) afeta as características metabólicas das mitocôndrias nas vesículas seminais (SV). Isso perturba as defesas antioxidantes, podendo afetar a saúde reprodutiva e a fertilidade de gerações futuras, tornando o esperma mais vulnerável ao stress oxidativo. As escolhas dietéticas então desempenham um papel fundamental na saúde reprodutiva, com implicações para a geração atual e futura, destacando a importância de uma alimentação equilibrada para preservar a saúde.

Mestrado em Biomedicina Molecular