Александър Й. Станкевич

1 Отдел за предклинични изследвания и развитие, BioChron LLC, Уорчестър, Масачузетс 01605, САЩ; [email protected] (A.J.S.); moc.liamg@4691hsifilil (L.Y.)

2 Катедра по анатомия и невробиология, Медицински факултет на Университета в Бостън, Бостън, Масачузетс 02118, САЩ; moc.liamg@02nawogcmnire

Ерин М. Макгауън

2 Катедра по анатомия и невробиология, Медицински факултет на Университета в Бостън, Бостън, Масачузетс 02118, САЩ; moc.liamg@02nawogcmnire

Лили Ю.

1 Отдел за предклинични изследвания и развитие, BioChron LLC, Уорчестър, Масачузетс 01605, САЩ; [email protected] (A.J.S.); moc.liamg@4691hsifilil (L.Y.)

2 Катедра по анатомия и невробиология, Медицински факултет на Университета в Бостън, Бостън, Масачузетс 02118, САЩ; moc.liamg@02nawogcmnire

Ирина В. Жданова

1 Отдел за предклинични изследвания и развитие, BioChron LLC, Уорчестър, Масачузетс 01605, САЩ; [email protected] (A.J.S.); moc.liamg@4691hsifilil (L.Y.)

2 Катедра по анатомия и невробиология, Медицински факултет на Университета в Бостън, Бостън, Масачузетс 02118, САЩ; moc.liamg@02nawogcmnire

Резюме

1. Въведение

Висококалоричният прием (HCI) може да бъде резултат от общо увеличаване на количеството консумирана храна или излишък от висококалорични съставки в диетични продукти, захари или мазнини. Епидемиологичните и експериментални проучвания предоставят сериозни доказателства за отрицателното въздействие на HCI върху основните функции на тялото. Натрупването на прекомерни телесни мазнини със своите мощни генериращи енергия и ендокринни ефекти, променен метаболизъм на черния дроб, дисбаланс на холестерола и други ефекти на HCI са свързани с развитието на метаболитен синдром, диабет тип 2 и сърдечно-съдови нарушения [1,2,3, 4]. Тези метаболитни промени също представляват висок риск от нарушения на съня, включително безсъние и сънна апнея, и са свързани с циркадни ритъмни аномалии [5,6]. Най-мощните доказателства за отрицателната физиологична роля на HCI идват от изследвания на стареенето. Установено е, че ограничаването на калориите забавя стареенето, увеличава продължителността на живота и противодейства на свързаните с възрастта заболявания [7,8,9,10].

Zebrafish е популярен модел в биологията на развитието, генетиката и отскоро в невробиологията. Това е дневно гръбначно животно със здрава циркадна система от часовници и запазени механизми за сън [42,43]. Подобно на хората, зебрата проявява постепенно стареене [44]. Техният остаряващ фенотип включва анатомични характеристики, като сколиоза и мускулна атрофия [45], намаляване на регенеративния капацитет на периферните тъкани [46], развитие на катаракта и увеличаване на свързаната със стареенето β-галактозидаза [47]. Откриваме, че застаряващите риби зебра показват прогресивно намаляване на двигателната активност, увеличаване на поведението, подобно на безпокойството [48], спад в циркадната ритмичност и пространствената памет [49].

Тук показваме, че при зебрата хроничният излишък на калории от ранна възраст води до преждевременно стареене, отразено в множество аномалии, от анатомични деформации до ранно начало на тревожноподобно поведение, променен сън, намалена амплитуда на циркадните ритми и забележителен спад в неврогенеза за възрастни. Заедно това утвърждава зебра като модел за метаболитно предизвикано преждевременно стареене на интегриращите системи и мозъчните функции. Постепенното стареене и добре оценените високи възможности на този дневен модел на гръбначните животни предоставят нови възможности за транслационни изследвания и разработване на лекарства.

2. Резултати

2.1. Високият калориен прием води до увеличаване на обема на мозъка, телесното тегло, сколиозата, тревожното поведение и високата смъртност

В съответствие с докладваните по-рано морфологични промени при стареенето на зебрата [44,45], е документирано постепенно нарастване на сколиозата при нормално застаряващ див тип зебра. Степента на сколиоза, която е 5,6% при 1-годишни контролни животни, постепенно се увеличава със стареенето, достигайки 8,1% до двегодишна възраст, 11,9% до тригодишна възраст и 21,4% до четиригодишна възраст. За разлика от това, рибите зебра, отглеждани с висококалоричен прием (HCI), показват ранно начало на сколиоза, наблюдавано при 18,3% от животните до навършването на едногодишна възраст и 33,5% при 2-годишни HCI риби (Фигура 1 A, B ). Вижте всеки размер на популацията в раздел 4.1.

нарушен

Смъртността също е драматично повлияна от HCI. Въпреки че ниската смъртност е документирана при 1-годишна HCI или контролна риба, до 2-годишна възраст смъртността е била драстично по-висока при HCI животни, отколкото при контрола, съответстваща на възрастта и подобна на тази за 4-годишната контролна популация (Фигура 1 Д).