اثر دست‌کاری متابولیت‌ها و هورمون‌ها بر بیان mRNA ژن‌های آنتی‌اکسیدانی مرتبط با Nrf2 در بافت پستانی گاوهای شیری

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار گروه علوم دامی دانشکده کشاورزی دانشگاه یاسوج

2 استاد گروه فیزیولوژی دامپزشکی دانشگاه برن سوئیس

3 محقق گروه علوم دامی، گاو شیری و دامپزشکی دانشگاه ایالتی یوتا آمریکا

چکیده

در گاوهای شیری پر تولید به دلیل تغییرات گسترده‌ فراسنجه‌های خونی و سیستم هورمونی پس از زایمان، سرکوب سیستم ایمنی پستانی مشاهده می­شود. به‌ منظور بررسی تأثیر طولانی‌مدت (48 ساعت) دست‌کاری متابولیت‌ها و هورمون‌ها بر بیان mRNA ژن‌های آنتی‌اکسیدانی کد شده به وسیله Nuclear erythroid 2-related factor 2 (Nrf2) در بافت پستانی از تعداد 24 رأس گاو هلشتاین که در اواخر شیردهی بودند استفاده شد. تیمارها شامل 48 ساعت تزریق مداوم انسولین (6n=؛ HypoG)، انسولین و گلوکز (5n=؛ EuG)، بتاهیدروکسی‌بوتیرات (5n=؛ HyperB) و محلول نمکی 9/0% (8n=؛ Control) بود. یک هفته قبل و 48 ساعت بعد از شروع آزمایش از دو کارتیه عقبی بافت پستانی نمونه‌برداری شد. RNA کل، استخراج و پس از اندازه‌گیری بیان mRNA ژن‌های مرجع و ژن‌های مرتبط با  Nrf2به وسیله روش qPCR، تفاوت تغییر بیان mRNA ژن‌های منتخب ارزیابی شد. ایجاد هایپرانسولین‌یوگلایسمیک سبب کاهش بیان mRNA ژن‌های کاتالاز، هم‌اکسیژناز 2، گلوتاتیون اس ترانسفراز 3 میکروزومی، NAD (P) H دهیدروژناز کوئینون 1، سوپراکسید دیسموتاز 1 در گروه EuG نسبت به قبل از شروع تزریق متابولیت‌ها شد (05/0P<). هایپرانسولین‌یوگلایسمیک سبب کاهش بیان mRNA ژن گلوتاتیون پراکسیداز 3 در مقایسه با تیمار بتاهیدروکسی‌بوتیرات به میزان دو برابر شد (05/0P<). با توجه به این نتایج می‌توان نتیجه گرفت که کاهش گلوکاگون همراه افزایش انسولین و گلوکز نرمال موجب کاهش بیان mRNA برخی از ژن‌های آنتی‌اکسیدانی مرتبط با Nrf2 شده که این امر می‌تواند افزایش حساسیت پستان و خطر ابتلا به بیماری‌های دیگر نظیر ورم پستان را در پی داشته باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Metabolites and hormones manipulated effect on mRNA abundance of antioxidant genes related to Nrf2 in mammary tissue of dairy cows

نویسندگان [English]

  • M. Zarrin 1
  • R. Bruckmaier 2
  • A. Ahmadpour 3
1 Assistant Professor, Department of Animal Science, Yasouj University, Yasouj, Iran
2 Professor, Veterinary Physiology, Vetsuisse Faculty, University of Bern, Switzerland
3 Researcher, Department of Animal, Dairy, and Veterinary Sciences, Utah State University, USA
چکیده [English]

Mammary immune suppression has been observed in high yielding dairy cows due to metabolites and endocrine changing after parturition. Twenty four Holstein dairy cows at the late stage of lactation were used to study the effects of long term (48 h) manipulating metabolites and hormones on mammary antioxidant genes that encode by nuclear factor E2-related factor 2 (Nrf2). Treatments include 48 h intravenous infusion of insulin (HypoG, n=5), insulin and glucose (hyperinsulinemic euglycemic) (EuG, n=6), BHB (HyperB, n= 5), and 0.9 % NaCl (Control, n=8). Mammary tissue samples were taken from two rare quarters one week before and 48 h after the start of infusions. Following total RNA extraction, mRNA abundance of housekeeping and candidate genes related to Nrf2 measured by qPCR method. Hyperinsulinemic euglycemic down-regulated mRNA abundance of catalase (CAT),heme oxygenase 2 (HMOX2), microsomal glutathione S-transferase 3 (MGST3), NAD (P) H dehydrogenase, quinone 1 (NQO1),superoxide dismutase 1 (SOD1) (P<0.05), compared to pre-infusion in EuG group. Hyperinsulinemic euglycemic down-regulated GPX3 mRNA abundance in EuG group compared to HyperB group (P<0.05). Therefore, increased susceptibility and disease in mammary gland may be related to reduction in the mRNA abundance of antioxidant genes during metabolites and hormones changing.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Insulin
  • Immunity
  • Beta-hydroxybutyrate
  • Glucose

مراجع

Aitken S. L., Karcher E. L., Rezamand P., Gandy J. C., Vande Haar M. J., Capuco A. V. and Sordillo L. M. 2009. Evaluation of antioxidant and proinflammatory gene expression in bovine mammary tissue during the periparturient period. Journal of Dairy Science, 92: 589–598.
Aleri J. W., Hine B.C., Pyman M. F., Mansell P. D., Wales W. J., Mallard B. and Fisher A. D. 2016. Periparturient immunosuppression and strategies to improve dairy cow health during the periparturient period. Research in Veterinary Science, 108: 8-17.
Bertoni G., Trevisi E. R. M. I. N. I. O., Han X. and Bionaz M. 2008. Effects of inflammatory conditions on liver activity in puerperium period and consequences for performance in dairy cows. Journal of Dairy Science, 91: 3300-3310.‌
Bionaz M., Trevisi E., Calamari L., Librandi F., Ferrari A. and Bertoni. G. 2007. Plasma paraoxonase, health, inflammatory conditions, and liver function in transition dairy cows. Journal of Dairy Science, 90: 1740–1750.
Bruckmaier R. M. and Gross J. J. 2017. Lactational challenges in transition dairy cows. Animal Production Science, 57(7): 1471-1481.
Burton J. L. and Erskine R. J. 2003. Immunity and mastitis. Some new ideas for an old disease. The Veterinary Clinics Food Animal Practice, 19: 1–45.
Dandona P., Chaudhuri A., Ghanim H. and Mohanty P. 2009. Insulin as an anti-inflammatory and antiatherogenic modulator. Journal of the American College of Cardiology, 53(5): S14-S20.‌
De Matteis L., Bertoni G., Lombardelli R., Wellnitz O., Van Dorland H. A., Vernay M. C. M. B., Bruckmaier R. M. and Trevisi E. 2017. Acute phase response in lactating dairy cows during hyperinsulinemic hypoglycaemic and hyperinsulinemic euglycaemic clamps and after intramammary LPS challenge. Journal of Animal Physiology and Animal Nutrition, 101: 511-520.
Drackley J. K., Overton T. R. and Douglas G. N. 2001. Adaptations of glucose and long-chain fatty acid metabolism in liver of dairy cows during the periparturient period. Journal of Dairy Science, 84: E100–E112.
Gessner D. K., Schlegel G., Keller J., Schwarz F. J., Ringseis R. and Eder K. 2013. Expression of target genes of nuclear factor E2-related factor 2 in the liver of dairy cows in the transition period and at different stages of lactation. Journal of Dairy Science, 96: 1038-1043.‌
Ghosh A., Abdo S., Zhao S., Wu C. H., Shi Y., Lo C. S., Chenier I., Alquier T., Filep J. G., Ingelfinger J. R. and Zhang S. L. 2017. Insulin inhibits Nrf2 gene expression via heterogeneous nuclear ribonucleoprotein F/K in diabetic mice. Endocrinology, 158: 903-919.‌
Goff J. P. 2006. Major advances in our understanding of nutritional influences on bovine health. Journal of Dairy Science, 89(4): 1292-1301.
Gross J., van Dorland H. A., Bruckmaier R. M. and Schwarz F. J. 2011. Performance and metabolic profile of dairy cows during a lactational and deliberately induced negative energy balance with subsequent realimentation. Journal of Dairy Science, 94: 1820-1830.
Halliwell B. 1996. Commentary: Oxidative stress, nutrition and health. Experimental strategies for optimization of nutritional antioxidant intake in humans. Free Radical Research, 25: 57–74.
Kensler T. W., Wakabayashi N. and Biswal S. 2007. Cell survival responses to environmental stresses via the Keap1-Nrf2-ARE pathway. Annual Review of Pharmacology and Toxicology, 47: 89-116.
Kreipe L., Vernay M. C. M. B., Oppliger A., Wellnitz O., Bruckmaier R. M. and van Dorland H. A. 2011. Induced hypoglycemia for 48 hours indicates differential glucose and insulin effects on liver metabolism in dairy cows. Journal of Dairy Science, 94: 5435-5448.
Motohashi H. and Yamamoto M. 2004. Nrf2–Keap1 defines a physiologically important stress response mechanism. Trends in Molecular Medicine, 10(11): 549-557.‌
Scherer N. M. and Deamer D. W. 1986. Oxidative stress impairs the function of sarcoplasmic reticulum by oxidation of sulfhydryl groups in the Ca 2+-ATPase. Archives of Biochemistry and Biophysics, 246: 589–601.
Schmitz S., Pfaffl M. W., Meyer H. H. D. and Bruckmaier R. M. 2004. Short-term changes of mRNA abundance of various inflammatory factors and milk proteins in mammary tissue during LPS-induced mastitis. Domestic Animal Endocrinology, 26: 111-126.
Stewart B. W. 1994. Mechanisms of apoptosis: Integration of genetic, biochemical, and cellular indicators. Journal of the National Cancer Institute, 86: 1286–1296.
Sun Z., Huang Z. and Zhang D. D. 2009. Phosphorylation of Nrf2 at multiple sites by MAP kinases has a limited contribution in modulating the Nrf2-dependent antioxidant response. PLoS One, 4: e6588.
Trevisi E. R. M. I. N. I. O., Amadori M., Cogrossi S. I. M. O. N. E., Razzuoli, E. and Bertoni G. 2012. Metabolic stress and inflammatory response in high-yielding, periparturient dairy cows. Research in Veterinary Science, 93: 695-704.
van Dorland H. A., Richter S., Morel I., Doherr M. G., Castro N. and Bruckmaier R. M. 2009. Variation in hepatic regulation of metabolism during the dry period and in early lactation in dairy cows. Journal of Dairy Science, 92: 1924-1940.‌
Van Knegsel A. T., Hammon H. M., Bernabucci U., Bertoni G., Bruckmaier R. M., Goselink R. M., Gross J. J., Kuhla B., Metges C. C., Parmentier H. K. and Trevisi E. 2014. Metabolic adaptation during early lactation: key to cow health, longevity and a sustainable dairy production chain. CAB Review, 9(002): 1-15.
Vernay M. C. M. B., Wellnitz O., Kreipe L., van Dorland H. A. and Bruckmaier R. M. 2012. Local and systemic response to intramammary lipopolysaccharide challenge during long-term manipulated plasma glucose and insulin concentrations in dairy cows. Journal of Dairy Science, 95: 2540-2549.‌
Zarrin M., De Matteis L., Vernay M. C. M. B., Wellnitz O., van Dorland H. A. and Bruckmaier R. M. 2013. Long-term elevation of β-hydroxybutyrate in dairy cows through infusion: Effects on feed intake, milk production, and metabolism. Journal of Dairy Science, 96: 2960-2972.‌
Zarrin M., Grossen-Rösti L., Bruckmaier R. M. and Gross J. J. 2017. Elevation of blood β-hydroxybutyrate concentration affects glucose metabolism in dairy cows before and after parturition. Journal of Dairy Science, 100: 2323-2333.
Zarrin M., Wellnitz O. and Bruckmaier R. M. 2015. Conjoint regulation of glucagon concentrations via plasma insulin and glucose in dairy cows. Domestic Animal Endocrinology, 51: 74-77.
Zarrin M., Wellnitz O., van Dorland H. A. and Bruckmaier R. M. 2014. Induced hyperketonemia affects the mammary immune response during lipopolysaccharide challenge in dairy cows. Journal of Dairy Science, 97: 330-339.‌
Zarrin M., Wellnitz O., van Dorland H. A., Gross J. J. and Bruckmaier R. M. 2014. Hyperketonemia during lipopolysaccharide-induced mastitis affects systemic and local intramammary metabolism in dairy cows. Journal of Dairy Science, 97(6): 3531-3541.‌
تحقیقات تولیدات دامی
دوره 7، شماره 3
آذر 1397
صفحه 1-12

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار