Subiecte

Abstract

Menținerea unei greutăți corporale sănătoase este din ce în ce mai dificilă în mediul nostru obezogen. Eforturile de dietă sunt adesea copleșite de dorința internă de a consuma alimente dense în energie. Deși selecția substraturilor bogate caloric peste opțiuni mai sănătoase este identificabilă între specii, mecanismele din spatele acestei alegeri rămân slab înțelese. Folosind o paradigmă de devalorizare pasivă, am constatat că expunerea la o dietă bogată în grăsimi (HFD) suprimă aportul de dietă standard chow echilibrată din punct de vedere nutrițional (SD), indiferent de vârstă, sex, acumulare de masă corporală și semnalizare funcțională a receptorilor de leptină sau melanocortină-4. Înregistrările longitudinale au arătat că această devalorizare SD și schimbarea ulterioară către consumul de HFD este codificată la nivelul neuronilor peptidici hipotalamici asociați cu agouti și a semnalizării dopaminei mezolimbice. Consumul anterior de HFD a diminuat în mare măsură capacitatea SD de a atenua valența negativă asociată cu foamea și proprietățile satisfăcătoare ale descoperirii alimentelor chiar și după perioade de abstinență HFD. Aceste date dezvăluie o bază neuronală din spatele dificultăților dietei.

Opțiuni de acces

Abonați-vă la Jurnal

Obțineți acces complet la jurnal timp de 1 an

doar 4,60 EUR pe număr

Toate prețurile sunt prețuri NET.
TVA va fi adăugat mai târziu în casă.

Închiriați sau cumpărați articol

Obțineți acces limitat la timp sau la articol complet pe ReadCube.

Toate prețurile sunt prețuri NET.

expresia

Disponibilitatea datelor

Datele și materialele de sprijin vor fi puse la dispoziție de către autorii relevanți, la cererea rezonabilă.

Disponibilitatea codului

Codul este disponibil de către autorii relevanți la cerere sau direct la https://www.niehs.nih.gov/research/atniehs/labs/ln/pi/iv/tools/index.cfm.

Referințe

Timper, K. & Brüning, J. C. Circuite hipotalamice care reglează pofta de mâncare și homeostazia energetică: căi spre obezitate. Dis. Model. Mech. 10, 679–689 (2017).

DiFeliceantonio, A. G. & Small, D. M. Dopamina și obezitatea indusă de dietă. Nat. Neuroști. 22, 1-2 (2019).

Ferrario, C. R. și colab. Homeostazia întâlnește motivația în lupta pentru controlul consumului de alimente. J. Neurosci. 36, 11469–11481 (2016).

Luquet, S., Perez, F. A., Hnasko, T. S. și Palmiter, R. D. NPY/AgRP neuronii sunt esențiali pentru hrănirea șoarecilor adulți, dar pot fi ablați la nou-născuți. Ştiinţă 310, 683–685 (2005).

Aponte, Y., Atasoy, D. și Sternson, S. M. Neuronii AGRP sunt suficienți pentru a orchestra comportamentul de hrănire rapid și fără antrenament. Nat. Neuroști. 14, 351–355 (2011).

Krashes, M. J. și colab. Activarea rapidă și reversibilă a neuronilor AgRP determină comportamentul de hrănire la șoareci. J. Clin. Investi. 121, 1424–1428 (2011).

Takahashi, K. A. și Cone, R. D. Postul induce o creștere mare, dependentă de leptină, a frecvenței potențiale de acțiune intrinsecă a neuronilor proteici asociați cu neuropeptidul orexigenic arcuat y/agouti. Endocrinologie 146, 1043-1047 (2005).

Mandelblat-Cerf, Y. și colab. AgRP hipotalamic arcuat și neuronii pomc putativi prezintă modificări opuse în creșterea în mai multe perioade de timp. eLife 4, 1-25 (2015).

Chen, Y., Lin, Y.-C., Kuo, T.-W. & Knight, Z. A. Detectarea senzorială a alimentelor modulează rapid circuitele de alimentare arcuate. Celulă 160, 829–841 (2015).

Beutler, L. R. și colab. Dinamica comunicării intestin-creier care stă la baza foametei. Neuron 96, 461–475 (2017).

Su, Z., Alhadeff, A. L. și Betley, J. N. Semnalele nutritive, post-ingestive sunt regulatorii principali ai activității neuronilor AgRP. Rep. Celulei. 21, 2724–2736 (2017).

Betley, J. N. și colab. Neuronii pentru foamete și sete transmit un semnal de predare cu valență negativă. Natură 521, 180–185 (2015).

Baver, S. B. și colab. Leptina modulează excitabilitatea intrinsecă a neuronilor AgRP/NPY din nucleul arcuat al hipotalamusului. J. Neurosci. 34, 5486–5496 (2014).

Salamone, J. D., Correa, M., Mingote, S. & Weber, S. M. Nucleul accumbens dopamina și reglarea efortului în comportamentul de căutare a alimentelor: implicații pentru studiile motivației naturale, psihiatrie și abuzul de droguri. J. Pharmacol. Exp. Ther. 305, 1-8 (2003).

Berridge, K. C. „Îmi place” și „vrea” recompensele alimentare: substraturi ale creierului și roluri în tulburările alimentare. Fiziol. Comportă-te. 97, 537–550 (2009).

Wise, R. A. Rolul dopaminei cerebrale în recompensa și întărirea alimentelor. Philos. Trans. R. Soc. B Biol. Știință. 361, 1149-1158 (2006).

Alhadeff, A. L. și colab. Recompensele naturale și medicamentele implică căi distincte care converg pe circuite coordonate hipotalamice și recompense. Neuron 103, 891–908.e6 (2019).

Denis, R. G. P. și colab. Gustul poate conduce la hrănirea independent de neuronii AgRP. Cell Metab. 22, 646-657 (2015).

Fordahl, S. C. și Jones, S. R. Deficitul bogat în grăsimi în funcția terminală a dopaminei este inversat prin restabilirea semnalizării insulinei. ACS Chem. Neuroști. 8, 290-299 (2017).

Rothemund, Y. și colab. Activarea diferențială a striatului dorsal prin stimuli vizuali cu conținut ridicat de calorii la persoanele obeze. Neuroimagine 37, 410–421 (2007).

Stice, E., Spoor, S., Bohon, C., Veldhuizen, M. G. & Small, D. M. Relația recompensei de la aportul alimentar și aportul alimentar anticipat la obezitate: un studiu funcțional de imagistică prin rezonanță magnetică. J. Abnorm. Psihol. 117, 924–935 (2008).

Thanarajah, S. E. și colab. Consumul de alimente recrutează circuite dopaminergice orosenzoriale și post-ingerente pentru a afecta dorința alimentară la om. Cell Metab. 29, 695–706 (2019).

Ravussin, Y. și colab. Efectele perturbării cronice a greutății asupra homeostaziei energetice și a structurii creierului la șoareci. A.m. J. Fiziol. Integra Comp. Fiziol. 300, R1352 - R1362 (2011).

Johnson, P. M. și Kenny, P. J. Receptorii dopaminei D2 în disfuncția recompensei asemănătoare dependenței și alimentația compulsivă la șobolanii obezi. Nat. Neuroști. 13, 635-641 (2010).

Cone, J. J., Chartoff, E. H., Potter, D. N., Ebner, S. R. și Roitman, M. F. Dieta prelungită bogată în grăsimi reduce recaptarea dopaminei fără a modifica expresia genei DAT. Plus unu 8, e58251 (2013).

Drewnowski, A. & Greenwood, M. R. C. Cremă și zahăr: preferințe umane pentru alimentele bogate în grăsimi. Fiziol. Comportă-te. 30, 629–633 (1983).

Yang, Y. Jr, D. L, S., Keating, K. D., Allison, D. B. și Nagy, T. R. Variații ale greutății corporale, aportului alimentar și compoziției corpului după hrănirea pe termen lung a unei diete bogate în grăsimi la șoarecii C57BL/6J. Obezitatea 22, 2147-2155 (2014).

Guo, J., Jou, W., Gavrilova, O. & Hall, K. D. Obezitate persistentă indusă de dietă la șoareci masculi C57BL/6 rezultate din diete obezigenice temporare. Plus unu 4, e5370 (2009).

Carlin, J. L. și colab. Eliminarea dietei bogate în grăsimi după expunerea cronică determină comportamentul excesiv și dereglarea dopaminergică la șoarecii femele. Neuroștiințe 326, 170–179 (2016).

Balthasar, N. și colab. Divergența căilor de melanocortină în controlul aportului de alimente și al cheltuielilor de energie. Celulă 123, 493–505 (2005).

Zhang, Y. și colab. Clonarea pozițională a genei obeze de șoarece și omologul său uman. Natură 372, 425–432 (1994).

Jais, A. & Brüning, J. C. Inflamația hipotalamică în obezitate și boli metabolice. J. Clin. Investi. 127, 24–32 (2017).

Chen, T.-W. și colab. Proteine ​​fluorescente ultrasunete pentru imagistica activității neuronale. Natură 499, 295–300 (2013).

Garfield, A. S. și colab. Modulație aferentă GABAergică a neuronilor AgRP. Nat. Neuroști. 19, 1628–1635 (2016).

Hahn, T. M., Breininger, J. F., Baskin, D. G. și Schwartz, M. W. Coexpresia Agrp și NPY în neuronii hipotalamici activați la post. Nat. Neuroști. 1, 271-272 (1998).

Briggs, D. I., Enriori, P. J., Lemus, M. B., Cowley, M. A. și Andrews, Z. B. Obezitatea indusă de dietă provoacă rezistență la grelină în neuronii NPY/AgRP arcuați. Endocrinologie 151, 4745–4755 (2010).

Briggs, D. I. și colab. Pierderea în greutate limitată de calorii inversează rezistența la grelină indusă de diete bogate în grăsimi, ceea ce contribuie la creșterea în greutate a revenirii într-un mod dependent de grelină. Endocrinologie 154, 709–717 (2013).

Liu, S. și colab. Consumul de alimente plăcute primele se apropie de comportamentul alimentar prin creșterea rapidă a densității sinaptice în VTA. Proc. Natl Acad. Știință. Statele Unite ale Americii 113, 2520–2525 (2016).

Roitman, M. F., Stuber, G. D., Phillips, P. E. M., Wightman, R. M. și Carelli, R. M. Dopamina funcționează ca un modulator subsecund al căutării de alimente. J. Neurosci. 24, 1265–1271 (2004).

Atasoy, D., Aponte, Y., Su, H. H. și Sternson, S. M. Un comutator FLEX vizează canalul rodopsină-2 către mai multe tipuri de celule pentru imagistica și cartografierea circuitelor pe distanțe lungi. J. Neurosci. 28, 7025–7030 (2008).

Armbruster, B. N., Li, X., Pausch, M. H., Herlitze, S. & Roth, B. L. Evoluarea încuietorii pentru a se potrivi cheii pentru a crea o familie de receptori cuplați la proteina G puternic activați de un ligand inert. Proc. Natl Acad. Știință. Statele Unite ale Americii 104, 5163–5168 (2007).

Alexander, G. M. și colab. Controlul de la distanță al activității neuronale la șoarecii transgenici care exprimă receptori cuplați cu proteine ​​G evoluate. Neuron 63, 27-39 (2009).

Tsai, H.-C. și colab. Tragerea fazică în neuronii dopaminergici este suficientă pentru condiționarea comportamentală. Ştiinţă 324, 1080–1084 (2009).

Sun, F. și colab. Un senzor fluorescent codificat genetic permite detectarea rapidă și specifică a dopaminei la muște, pești și șoareci. Celulă 174, 481–496 (2018).

Betley, J. N., Cao, Z. F. H., Ritola, K. D. și Sternson, S. M. Organizare paralelă, redundantă a circuitului pentru controlul homeostatic al comportamentului de hrănire. Celulă 155, 1337–1350 (2013).

Lippert, R. N. și colab. Dieta maternă bogată în grăsimi în timpul alăptării reprogramează circuitele dopaminergice la șoareci. J. Clin. Investi. 130, 3761–3776 (2020).

Tellez, L. A. și colab. Circuitele separate codifică valorile hedonice și nutriționale ale zahărului. Nat. Neuroști. 19, 465–470 (2016).

Stice, E., Yokum, S., Blum, K. și Bohon, C. Creșterea în greutate este asociată cu un răspuns striat redus la alimentele plăcute. J. Neurosci. 30, 13105–13109 (2010).

Volkow, N. D., Wang, G.-J. & Baler, R. D. Recompensa, dopamina și controlul consumului de alimente: implicații pentru obezitate. Tendințe Cogn. Știință. 15, 37-46 (2011).

Madisen, L. și colab. Un sistem robust de raportare și caracterizare Cre pentru creierul mouse-ului. Nat. Neuroști. 13, 133-140 (2010).

Meng, C. și colab. Fotometrie cu fibre rezolvate spectral pentru analiza multi-componentă a circuitelor cerebrale. Neuron 98, 707–717 (2018).

Nguyen, K. P., O'Neal, T. J., Bolonduro, O. A., White, E. și Kravitz, A. V. Dispozitiv de experimentare a alimentării (FED): un dispozitiv flexibil cu sursă deschisă pentru măsurarea comportamentului de hrănire. J. Neurosci. Metode 267, 108-114 (2016).

Mulțumiri

Cercetarea a fost susținută de o bursă comună NIEHS - NIDDK. Mulțumim lui N. Martin și lui B. Gloss din NIEHS Viral Vector Core pentru producerea AAV-urilor și lui J. Tucker de la Centrul de microscopie și imagistică fluorescentă NIEHS pentru asistență la achiziționarea imaginii. Mulțumim proiectului GENIE pentru dezvoltarea GCaMP6. De asemenea, dorim să mulțumim tuturor membrilor Dr. Krashes ’și Dr. Laboratoarele lui Cui pentru asistență tehnică și îndrumare pe parcursul acestei lucrări și J. Cushman de la NIEHS Neurobehavioral Core pentru asistență cu studii comportamentale și analize statistice. Această lucrare a fost susținută de Programul de cercetare intramurală al Institutelor Naționale de Sănătate, Institutul Național de Științe ale Sănătății Mediului (1ZIAES103310 la GC), Institutele Naționale de Diabet și Boli Digestive și Renale (DK075088 la MJK și DK075087-06 la MJK), NIEHS - NIDDK Joint Fellowship Award (către CMM) și Centrul de Comportamente Compulsive (către CMM și IDAS).

Informatia autorului

Acești autori au contribuit în mod egal: Christopher M. Mazzone, Jing Liang-Guallpa.

Afilieri

In Vivo Neurobiology Group, Laboratorul de Neurobiologie, Institutul Național de Științe ale Sănătății Mediului (NIEHS), National Institutes of Health, Research Triangle Park, Durham, NC, SUA

Christopher M. Mazzone, Nicholas P. Kobzar și Guohong Cui

Filiala Diabet, Endocrinologie și Obezitate, Institutul Național de Diabet și Boli Digestive și Rinice (NIDDK), Institutele Naționale de Sănătate, Bethesda, MD, SUA

Jing Liang-Guallpa, Chia Li, Nora S. Wolcott, Montana H. Boone, Morgan Southern, Isabel de Araujo Salgado, Deepa M. Reddy și Michael J. Krashes

National Institute on Drug Abuse (NIDA), National Institutes of Health, Baltimore, MD, SUA

Jing Liang-Guallpa, Chia Li, Isabel de Araujo Salgado și Michael J. Krashes

NIH - Brown University Graduate Program in Neuroscience, Bethesda, MD, SUA

Laborator cheie de stat de biologie a membranei, Universitatea din Beijing Școala de Științe ale Vieții, Beijing, China

Fangmiao Sun, Yajun Zhang și Yulong Li

PKU-IDG/Institutul McGovern pentru Cercetarea Creierului, Beijing, China

Fangmiao Sun, Yajun Zhang și Yulong Li

Centrul Peking-Tsinghua pentru Științe ale Vieții, Academia pentru Studii Interdisciplinare Avansate, Universitatea Peking, Beijing, China

Fangmiao Sun, Yajun Zhang și Yulong Li

Institutul chinez pentru cercetarea creierului, Beijing, China

Fangmiao Sun, Yajun Zhang și Yulong Li

Puteți căuta acest autor și în PubMed Google Scholar

Puteți căuta acest autor și în PubMed Google Scholar

Puteți căuta acest autor și în PubMed Google Scholar

Puteți căuta acest autor și în PubMed Google Scholar

Puteți căuta acest autor și în PubMed Google Scholar

Puteți căuta acest autor și în PubMed Google Scholar

Puteți căuta acest autor și în PubMed Google Scholar

Puteți căuta acest autor și în PubMed Google Scholar

Puteți căuta acest autor și în PubMed Google Scholar

Puteți căuta acest autor și în PubMed Google Scholar

Puteți căuta acest autor și în PubMed Google Scholar

Puteți căuta acest autor și în PubMed Google Scholar

Puteți căuta acest autor și în PubMed Google Scholar

Puteți căuta acest autor și în PubMed Google Scholar

Contribuții

C.M.M., J. L.-G. și M.J.K. a conceput experimente cu contribuții tehnice de la G.C., J. L.-G., N.S.W. și M.H.B. DOMNIȘOARĂ. a efectuat și analizat consumul de cușcă la domiciliu și compoziția corpului, experimentare rapidă și optogenetică. C.M.M. au efectuat și analizat experimente de fotometrie cu fibră AgRP în cușcă la domiciliu și experimente cu senzori DA. C.L. efectuat și analizat experimente de fotometrie cu fibre LepR-Cre. C.L. și I.D.A.S. a efectuat înregistrări de electrofiziologie. J. L.-G. efectuat și analizat perfuzie gastrică și studii VTA. F.S., Y.Z. și Y.L. a furnizat senzorul DA2m și a oferit îndrumări tehnice. N.P.K. și D.M.R. a efectuat verificarea histologică și imagistica. C.M.M., J. L.-G. și M.J.K. a scris manuscrisul cu contribuții de la G.C., C.L., I.D.A.S., N.S.W., M.H.B., M.S., N.P.K., D.M.R., F.S, Y.Z. și Y.L.

Autori corespondenți

Declarații de etică

Interese concurente

Autorii nu declară interese concurente.

Informatii suplimentare

Informații privind evaluarea inter pares Neuroștiința naturii mulțumesc lui Paul Kenny și celorlalți recenzori anonimi pentru contribuția lor la evaluarea inter pares a acestei lucrări.

Nota editorului Springer Nature rămâne neutru în ceea ce privește revendicările jurisdicționale din hărțile publicate și afilierile instituționale.