Perinatal development and adult blood pressure

A growing body of evidence supports the concept of fetal programming in cardiovascular disease in man, which asserts that an insult experienced in utero exerts a long-term influence on cardiovascular function, leading to disease in adulthood. However, this hypothesis is not universally accepted, hence animal models may be of value in determining potential physiological mechanisms which could explain how fetal undernutrition results in cardiovascular disease in later life. This review describes two major animal models of cardiovascular programming, the in utero protein-restricted rat and the cross-fostered spontaneously hypertensive rat. In the former model, moderate maternal protein restriction during pregnancy induces an increase in offspring blood pressure of 20-30 mmHg. This hypertensive effect is mediated, in part, by fetal exposure to excess maternal glucocorticoids as a result of a deficiency in placental 11-ß hydroxysteroid dehydrogenase type 2. Furthermore, nephrogenesis is impaired in this model which, coupled with increased activity of the renin-angiotensin system, could also contribute to the greater blood pressure displayed by these animals. The second model discussed is the cross-fostered spontaneously hypertensive rat. Spontaneously hypertensive rats develop severe hypertension without external intervention; however, their adult blood pressure may be lowered by 20-30 mmHg by cross-fostering pups to a normotensive dam within the first two weeks of lactation. The mechanisms responsible for this antihypertensive effect are less clear, but may also involve altered renal function and down-regulation of the renin-angiotensin system. These two models clearly show that adult blood pressure is influenced by exposure to one of a number of stimuli during critical stages of perinatal development.

Maternal protein restriction affects gene expression and enzyme activity of intestinal disaccharidases in adult rat offspring

This study investigated the consequences of intrauterine protein restriction on the gastrointestinal tract and particularly on the gene expression and activity of intestinal disaccharidases in the adult offspring. Wistar rat dams were fed isocaloric diets containing 6% protein (restricted, n = 8) or 17% protein (control, n = 8) throughout gestation. Male offspring (n = 5-8 in each group) were evaluated at 3 or 16 weeks of age. Maternal protein restriction during pregnancy produced offspring with growth restriction from birth (5.7 ± 0.1 vs 6.3 ± 0.1 g; mean ± SE) to weaning (42.4 ± 1.3 vs 49.1 ± 1.6 g), although at 16 weeks of age their body weight was similar to control (421.7 ± 8.9 and 428.5 ± 8.5 g). Maternal protein restriction also increased lactase activity in the proximal (0.23 ± 0.02vs 0.15 ± 0.02), medial (0.30 ± 0.06vs 0.14 ± 0.01) and distal (0.43 ± 0.07vs 0.07 ± 0.02 U·g-1·min-1) small intestine, and mRNA lactase abundance in the proximal intestine (7.96 ± 1.11vs 2.38 ± 0.47 relative units) of 3-week-old offspring rats. In addition, maternal protein restriction increased sucrase activity (1.20 ± 0.02 vs 0.91 ± 0.02 U·g-1·min-1) and sucrase mRNA abundance (4.48 ± 0.51 vs 1.95 ± 0.17 relative units) in the duodenum of 16-week-old rats. In conclusion, the present study shows for the first time that intrauterine protein restriction affects gene expression of intestinal enzymes in offspring.

La néoglucogenèse rénale : un nouvel aspect dans la restriction de croissance intra-utérine chez le rat

Bien que l’environnement intra-utérin défavorable soit associé à des conditions pathologiques à l’âge adulte, les mécanismes mis en place in utero ne sont pas encore élucidés. Nous avons établi un modèle de restriction de croissance intra-utérine (RCIU) en donnant une diète faible en sodium à la rate pendant la dernière semaine de gestation. Ce modèle se caractérise par une diminution de perfusion placentaire et une redistribution du flot sanguin, favorisant l’irrigation des organes nobles (cœur et cerveau) au détriment du rein fœtal. De plus, l’expression rénale du facteur de croissance endothéliale vasculaire (VEGF) est diminuée chez le fœtus. L’hypothèse de travail est que la néoglucogenèse hépatique et rénale augmente chez les fœtus RCIU afin de compenser la diminution de perfusion placentaire, et que l’expression rénale des récepteurs de VEGF (Flt-1 et Flk-1) est altérée à la suite de la redistribution du flot sanguin. Nos objectifs étaient de comparer l’expression protéique des enzymes de la néoglucogenèse et des récepteurs de VEGF entre les fœtus témoins et RCIU. L’aldolase B, la fructose-1,6-biphosphatase et la glucose-6-phosphatase augmentent dans les reins de fœtus RCIU par rapport aux témoins alors qu’aucun changement n’est observé dans le foie. De plus, l’expression de ces enzymes est différente selon le sexe du fœtus. Une diminution de Flt-1 est notée dans les reins de fœtus RCIU. Nos résultats démontrent que des adaptations surviennent chez le fœtus à la suite d’une insulte intra-utérine favorisant sa survie mais ayant des conséquences telles que la dysfonction rénale observée chez les adultes de ce modèle animal. À long terme, ces travaux pourront permettre d’entrevoir des avenues pour mieux identifier les approches de prévention lors de naissance à la suite d’une RCIU.

Le rôle du stress oxydant dans les changements épigénétiques contribuant aux complications du syndrome métabolique.

La méthylation de l'ADN est l'une des modifications épigénétiques au niveau des îlots CpG. Cette modification épigénétique catalysée par les ADN méthyltransférases (DNMTs) consiste en la méthylation du carbone 5' d’une cytosine ce qui aboutit à la formation de 5-méthylcytosine. La méthylation de l'ADN est clairement impliquée dans l'inactivation des gènes et dans l'empreinte génétique. Elle est modulée par la nutrition, en particulier par les donneurs de méthyle et par une restriction protéique. Ces modifications épigénétiques persistent plus tard dans la vie et conduisent au développement de nombreuses pathologies telles que le syndrome métabolique et le diabète de type 2. En fait, de nombreux gènes clés subissent une modification de leur état de méthylation en présence des composants du syndrome métabolique. Cela montre que la méthylation de l'ADN est un processus important dans l'étiologie du syndrome métabolique. Le premier travail de ce doctorat a porté sur la rédaction d’un article de revue qui a examiné le cadre central du syndrome métabolique et analyser le rôle des modifications épigénétiques susceptibles d'influer sur l'apparition du stress oxydant et des complications cardiométaboliques. D’autre part, les cellules intestinales Caco-2/15, qui ont la capacité de se différencier et d’acquérir les caractéristiques physiologiques de l'intestin grêle, ont été utilisées et traitées avec du Fer-Ascorbate pour induire un stress oxydant. Le Fer-Ascorbate a induit une augmentation significative de l’inflammation et de la peroxydation des lipides (malondialdehyde) ainsi que des altérations de de la défense antioxydante (SOD2 et GPx) accompagnées de modifications épigénétiques. De plus, la pré-incubation des cellules avec de la 5-aza-2'-désoxycytidine, un agent de déméthylation et/ou l’antioxydant Trolox a normalisé la défense antioxydante, réduit la peroxydation des lipides et prévenu l'inflammation. Ce premier travail a démontré que les modifications du redox et l’inflammation induites par le Fer-Ascorbate peuvent impliquer des changements épigénétiques, plus particulièrement des changements dans la méthylation de l’ADN. Pour mieux définir l’impact du stress oxydant au niveau nutritionnel, des cochons d’Inde âgés de trois jours ont été séparés en trois groupes : 1) Témoins: alimentation régulière; 2) Nutrition parentérale (NP) 3) H2O2 : Témoins + 350 uM H2O2. Après quatre jours, pour un groupe, les perfusions ont été stoppées et les animaux sacrifiés pour la collecte des foies. Pour l’autre groupe d’animaux, les perfusions ont été arrêtées et les animaux ont eu un accès libre à une alimentation régulière jusqu'à la fin de l’étude, huit semaines plus tard où ils ont été sacrifiés pour la collecte des foies. Ceci a démontré qu’à une semaine de vie, l'activité DNMT et les niveaux de 5'-méthyl-2'-désoxycytidine étaient inférieurs pour les groupes NP et H2O2 par rapport aux témoins. A neuf semaines de vie, l’activité DNMT est restée basse pour le groupe NP alors que les niveaux de 5'-méthyl-2'-désoxycytidine étaient plus faibles pour les groupes NP et H2O2 par rapport aux témoins. Ce travail a démontré que l'administration de NP ou de H2O2, tôt dans la vie, induit une hypométhylation de l'ADN persistante en raison d'une inhibition de l'activité DNMT. Finalement, des souris ayant reçu une diète riche en gras et en sucre (HFHS) ont été utilisées comme modèle in vivo de syndrome métabolique. Les souris ont été nourris soit avec un régime standard chow (témoins), soit avec une diète riche en gras et en sucre (HFHS) ou avec une diète HFHS en combinaison avec du GFT505 (30 mg/kg), un double agoniste de PPARα et de PPARδ, pendant 12 semaines. La diète HFHS était efficace à induire un syndrome métabolique étant donnée l’augmentation du poids corporel, du poids hépatique, des adiposités viscérales et sous-cutanées, de l’insensibilité à l’insuline, des lipides plasmatiques et hépatiques, du stress oxydant et de l’inflammation au niveau du foie. Ces perturbations étaient accompagnées d’une déficience dans l’expression des gènes hépatiques PPARα et PPARγ concomitant avec une hyperméthylation de leurs promoteurs respectifs. L’ajout de GFT505 à la diète HFHS a empêché la plupart des effets cardiométaboliques induits par la diète HFHS via la modulation négative de l’hyperméthylation des promoteurs, résultant en l’augmentation de l’expression des gènes hépatiques PPARα et PPARγ. En conclusion, GFT505 exerce des effets métaboliques positifs en améliorant le syndrome métabolique induit par l'alimentation HFHS via des modifications épigénétiques des gènes PPARs. Ensemble, les travaux de cette thèse ont démontré que le stress oxydant provenant de la nutrition induit d’importants changements épigénétiques pouvant conduire au développement du syndrome métabolique. La nutrition apparait donc comme un facteur crucial dans la prévention de la reprogrammation fœtale et du développement du syndrome métabolique. Puisque les mécanismes suggèrent que le stress oxydant agit principalement sur les métabolites du cycle de la méthionine pour altérer l’épigénétique, une supplémentation en ces molécules ainsi qu’en antioxydants permettrait de restaurer l’équilibre redox et épigénétique.

Factores perinatales para riesgo de sobrepeso y obesidad en niños de 4 a 5 años en Colombia 2010.

Introducción: La OMS revela que en 2010 alrededor de 43 millones de niños menores de 5 años presentan sobrepeso. En Colombia según la Encuesta Nacional de Situación Nutricional en Colombia en su versión 2005, mostraba una prevalencia general de sobrepeso de 3.1% niños de 0 a 4 años. Es una condición de salud de origen multifactorial en la que interviene factores genéticos, ambientales, maternos y perinatales. Objetivo: Establecer la asociación de riesgo entre el bajo peso al nacer y el desarrollo de sobrepeso y obesidad en niños de 4 a 5 años. Metodología: Se realizó un estudio observacional descriptivo retrospectivo de corte transversal con los datos nutricionales, maternos y perinatales de la Encuesta Nacional de Demografía en Salud del año 2010 en Colombia. Se analizó la asociación entre la variable independiente bajo peso al nacer con el desenlace sobrepeso y obesidad en menores de 4 a 5 años, usando como medida el IMC según la edad. Se realizaron análisis univariados, bivariados y de regresión logística con un modelo de riesgo según las variables que inciden en el desenlace y la variable independiente. Resultados: La muestra obtenida para el estudio fue de 2166 niños de 4 a 5 años de edad quienes cumplían los criterios de inclusión. La prevalencia de sobrepeso u obesidad en la primera infancia fue de 21.8% (472) y el bajo peso al nacer. Los resultados sugieren la asociación de bajo peso y sobrepeso u obesidad es de ORajustado= 0.560 (0.356 – 0.881). Conclusiones: Los resultados sugieren que existe una asociación como factor protector entre el bajo peso y el sobrepeso u obesidad en la primera infancia. Sin embargo, debido al comportamiento de las variables consideradas en la muestra no hay suficiente información para rechazar completamente la hipótesis nula.

Frequency of infant stroking reported by mothers moderates the effect of prenatal depression on infant behavioural and physiological outcomes

Animal studies find that prenatal stress is associated with increased physiological and emotional reactivity later in life, mediated via fetal programming of the HPA axis through decreased glucocorticoid receptor (GR) gene expression. Post-natal behaviours, notably licking and grooming in rats, cause decreased behavioural indices of fear and reduced HPA axis reactivity mediated via increased GR gene expression. Post-natal maternal behaviours may therefore be expected to modify prenatal effects, but this has not previously been examined in humans. We examined whether, according to self-report, maternal stroking over the first weeks of life modified associations between prenatal depression and physiological and behavioral outcomes in infancy, hence mimicking effects of rodent licking and grooming. From a general population sample of 1233 first time mothers recruited at 20 weeks gestation we drew a stratified random sample of 316 for assessment at 32 weeks based on reported inter-partner psychological abuse, a risk to child development. Of these 271 provided data at 5, 9 and 29 weeks post delivery. Mothers reported how often they stroked their babies at 5 and 9 weeks. At 29 weeks vagal withdrawal to a stressor, a measure of physiological adaptability, and maternal reported negative emotionality were assessed. There was a significant interaction between prenatal depression and maternal stroking in the prediction of vagal reactivity to a stressor (p = .01), and maternal reports of infant anger proneness (p = .007) and fear (p = .043). Increasing maternal depression was associated with decreasing physiological adaptability, and with increasing negative emotionality, only in the presence of low maternal stroking. These initial findings in humans indicate that maternal stroking in infancy, as reported by mothers, has effects strongly resembling the effects of observed maternal behaviours in animals, pointing to future studies of the epigenetic, physiological and behavioral effects of maternal stroking.

Maternal protein restriction induce skeletal muscle changes without altering the MRFs MyoD and myogenin expression in offspring

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

In utero protein restriction causes growth delay and alters sperm parameters in adult male rats

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Maternal protein restriction affects gene expression and enzyme activity of intestinal disaccharidases in adult rat offspring

This study investigated the consequences of intrauterine protein restriction on the gastrointestinal tract and particularly on the gene expression and activity of intestinal disaccharidases in the adult offspring. Wistar rat dams were fed isocaloric diets containing 6% protein (restricted, n = 8) or 17% protein (control, n = 8) throughout gestation. Male offspring (n = 5-8 in each group) were evaluated at 3 or 16 weeks of age. Maternal protein restriction during pregnancy produced offspring with growth restriction from birth (5.7 ± 0.1 vs 6.3 ± 0.1 g; mean ± SE) to weaning (42.4 ± 1.3 vs 49.1 ± 1.6 g), although at 16 weeks of age their body weight was similar to control (421.7 ± 8.9 and 428.5 ± 8.5 g). Maternal protein restriction also increased lactase activity in the proximal (0.23 ± 0.02 vs 0.15 ± 0.02), medial (0.30 ± 0.06 vs 0.14 ± 0.01) and distal (0.43 ± 0.07 vs 0.07 ± 0.02 U·g-1·min-1) small intestine, and mRNA lactase abundance in the proximal intestine (7.96 ± 1.11 vs 2.38 ± 0.47 relative units) of 3-week-old offspring rats. In addition, maternal protein restriction increased sucrase activity (1.20 ± 0.02 vs 0.91 ± 0.02 U·g-1·min-1) and sucrase mRNA abundance (4.48 ± 0.51 vs 1.95 ± 0.17 relative units) in the duodenum of 16-week-old rats. In conclusion, the present study shows for the first time that intrauterine protein restriction affects gene expression of intestinal enzymes in offspring.

Implications of intrauterine protein malnutrition on prostate growth, maturation and aging

Aims Maternal malnutrition by low protein diet is associated with an increased incidence of metabolic disorders and decreased male fertility in adult life. This study aimed to assess the impact of maternal protein malnutrition (MPM) on prostate growth, tissue organization and lesion incidence with aging. Main methods Wistar rat dams were distributed into two groups, which were control (NP; fed a normal diet containing 17% protein) or a restricted protein diet (RP, fed a diet containing 6% protein) during gestation. After delivery all mothers and offspring received a normal diet. Biometrical parameters, hormonal levels and prostates were harvested at post-natal days (PND) 30, 120 and 360. Key findings MPM promoted low birth weight, decreased ano-genital distance (AGD) and reduced androgen plasma levels of male pups. Prostatic lobes from RP groups presented reduced glandular weight, epithelial cell height and alveolar diameter. The epithelial cell proliferation and collagen deposition were increased in RP group. Incidences of epithelial dysplasia and prostatitis were higher in the RP offspring than in the NP offspring at PND360. Significance Our findings show that MPM delays prostate development, growth and maturation until adulthood, probably as a result of low testosterone stimuli. The higher incidence of cellular dysplasia and prostatitis suggests that MPM increases prostate susceptibility to diseases with aging. © 2013 Elsevier Inc.

Gestational protein restriction induces CA3 dendritic atrophy in dorsal hippocampal neurons but does not alter learning and memory performance in adult offspring

Studies have demonstrated that nutrient deficiency during pregnancy or in early postnatal life results in structural abnormalities in the offspring hippocampus and in cognitive impairment. In an attempt to analyze whether gestational protein restriction might induce learning and memory impairments associated with structural changes in the hippocampus, we carried out a detailed morphometric analysis of the hippocampus of male adult rats together with the behavioral characterization of these animals in the Morris water maze (MWM). Our results demonstrate that gestational protein restriction leads to a decrease in total basal dendritic length and in the number of intersections of CA3 pyramidal neurons whereas the cytoarchitecture of CA1 and dentate gyrus remained unchanged. Despite presenting significant structural rearrangements, we did not observe impairments in the MWM test. Considering the clear dissociation between the behavioral profile and the hippocampus neuronal changes, the functional significance of dendritic remodeling in fetal processing remains undisclosed. © 2012 ISDN.

Maternal protein restriction during pregnancy affects gene expression and immunolocalization of intestinal nutrient transporters in rats

Intrauterine dietary restriction may cause changes in the functioning of offspring organs and systems later in life, an effect known as fetal programming. The present study evaluated mRNA abundance and immunolocalization of nutrient transporters as well as enterocytes proliferation in the proximal, median and distal segments of small intestine of rats born to protein-restricted dams. Pregnant rats were fed hypoproteic (6% protein) or control (17% protein) diets, and offspring rats were evaluated at 3 and 16 weeks of age. The presence of SGLT1 (sodium-glucose co-transporter 1), GLUT2 (glucose transporter 2), PEPT1 (peptide transporter 1) and the intestinal proliferation were evaluated by immunohistochemical techniques and the abundance of specific mRNA for SGLT1, GLUT2 and PEPT1 was assessed by the real-time PCR technique. Rats born to protein-restricted dams showed higher cell proliferation in all intestinal segments and higher gene expression of SGLT1 and PEPT1 in the duodenum. Moreover, in adult animals born to protein-restricted dams the immunoreactivity of SGLT1, GLUT2 and PEPT1in the duodenum was more intense than in control rats. Taken together, the results indicate that changes in the small intestine observed in adulthood can be programmed during the gestation. In addition, they show that this response is caused by both up-regulation in transporter gene expression, a specific adaptation mechanism, and intestinal proliferation, an unspecific adaptation mechanism.

Perfil de expressão dos mIRNAS da família mIR-200 e mIR-192 no rim total e glomérulos isolados de ratos submetidos à restrição protéica in útero

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Caracterização morfológica, expressão dos fatores de regulação miogênica (MRFS) e dos receptores nicotínicos (NACHRS) no músculo estriado de ratos submetidos à restrição protéica materna

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Involvement of Renal Corpuscle microRNA Expression on Epithelial-to-Mesenchymal Transition in Maternal Low Protein Diet in Adult Programmed Rats

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)