Nutrigenomics as a tool in the prevention of lipotoxicity: the case of soy protein

Abstract Obesity is associated with an increase of several metabolic disorders leading to the development of diseases such as type 2 diabetes and cardiovascular disease. This is due in part to the ectopic accumulation of triglycerides in organs that are non-adipose tissues, leading to lipotoxicity. Particularly, in the liver, the accumulation of lipids, mainly of triglycerides, leads to the formation of fatty liver. The accumulation of lipids in skeletal muscle and pancreas associates with insulin resistance and a decrease in insulin secretion, respectively. In addition, it has been suggested that dysbiosis of the gut microbiota can contribute to the process of lipid accumulation in non-adipose tissues, especially in the liver. The aim of the present review is to highlight the mechanisms associated with the development of lipotoxicity, and how with the advances in nutrigenomics, it is now possible to understand the molecular mechanisms by which some nutrients can attenuate the ectopic accumulation of triglycerides in non-adipose tissues. Particularly, we emphasize research conducted on the molecular mechanisms of action of soy protein and some of its isoflavones, and how these can reduce lipotoxicity by preventing the accumulation of lipids in the liver, skeletal muscle, and pancreas, as well as their role on the gut microbiota to attenuate the development of fatty liver. Thus, nutrigenomics is opening new dietary strategies based on several functional foods that can be used to ameliorate the pathologies associated with lipotoxicity.

Mecanismos moleculares de acción de los ácidos grasos poliinsaturados y sus beneficios en la salud / Molecular mechanisms of action and health benefits of polyunsaturated fatty acids

Essential polyunsaturated fatty acids (PUFAs), linoleic acid n6 (LA) and linolenic acid (ALA) n3 obtained from the diet are precursors of the long-chain polyunsaturated fatty acids (Lc-PUFAs) arachidonic acid (AA) and docosahexaenoic acid (DHA) respectively. Consumption of PUFAs is related with a better neurological and cognitive development in newborns. It has been demonstrated that consumption of n-6 and n-3 PUFAs decreases blood triglycerides by increasing fatty acid oxidation through activation of PPARα or by reducing the activation of SREBP-1 inhibiting lipogenesis. Dietary PUFAs activate PPARα and PPARγ increasing lipid oxidation, and decreasing insulin resistance leading in a reduction of hepatic steatosis. Beneficial effects of PUFAs have been observed in humans and in animals models of diabetes, obesity, cancer, and cardiovascular diseases. It is important to promote the consumption of PUFAs. Main food sources of PUFAs n-6 are corn, soy and safflower oil, and for PUFAs n-3 are fish, soy, canola oil and, flaxseed. Finally FAO/WHO recommends an optimal daily intake of n6/n3 of 5-10:1.

Los ácidos grasos poliinsaturados indispensables (AGPIs), ácido linoleico n-6 y ácido linolénico n-3 se obtienen a través de la dieta y son precursores de los ácidos grasos poliinsaturados de cadena larga (AGPIs-CL) araquidónico (AA) y docosahexaenoico (ADH), respectivamente. El consumo de AGPIs está relacionado con un mejor desarrollo cerebral fetal y cognoscitivo del recién nacido. Los AGPIs pueden reducir la concentración de triacilgliceroles en la sangre a través de la oxidación de ácidos grasos por medio de la activación de PPARα o a través de la represión de SREBP-1 que inhibe la lipogénesis. El consumo de AGPIs puede ser benéfico en el control de ciertas enfermedades como la diabetes mellitus y la obesidad en la que los AGPIs activan a PPARα estimulando la oxidación de lípidos y disminuyendo la resistencia a la insulina y la esteatosis hepática. En el caso del cáncer los AGPIs pueden servir como agentes citotóxicos para ciertas células tumorales. Debido a su efecto hipolipémico y a su efecto antiinflamatorio, los AGPIs podrían tener efectos benéficos en la prevención de enfermedades cardiovasculares. Las principales fuentes alimenticias de AGPIs n-6 son los aceites de maíz, de cártamo y de soya, y las de AGPIs n-3 son la linaza y los aceites de pescados, canola y de soya. Finalmente, la FAO/ OMS recomienda un consumo óptimo de AGPIs diario en una proporción n-6: n-3 de 5-10: 1/día.

Production of recombinant rat hepatic histidase / Producción de histidasa recombinante de hígado de rata

Rat liver histidase was expressed in E. coli by using a PCR product of the coding sequence obtained from the rat liver cDNA of histidase cloned in the expression vector pRSET. The construct (pRSET-HAL) produced a fusion protein containing a tail of polyhistidine. The expression product was purified with a resin containing Ni+ that retains proteins with polyhistidine fragments. pRSET-HAL was analyzed by restriction enzyme mapping and by sequencing confirming the correct orientation and nucleotide sequence. Native rat liver histidase was also purified and it had a Mr of 72 kDa. An antiserum against native histidase was obtained in rabbit. Western blot analysis revealed one band of 72 kDa observed in membranes containing purified histidase or rat liver high speed supernatants. The same antiserum also detected in cell lysates of E. coli transformed with the pRSET-HAL plasmid a single band of 74 kDa of the recombinant histidase before cleavage with enterokinase. After the proteolysis, the Western blot analysis showed a single band of approximately 72 kDa. Kinetic analysis of the recombinant histidase showed similar Km and Vmax compared with native histidase.

La histidasa de hígado de rata se expresó a partir del producto de amplificación por PCR de la región codificante del DNAc de la histidasa, el cual se clonó en el vector de expresión pRSET. La construcción (pRSET-HAL) permitió la producción de una proteína de fusión que contenía una cola de polihistidinas. El producto de expresión se purificó con una resina que contiene Ni+, la cual retiene proteínas con fragmentos de polihistidina. El pRSET-HAL se analizó por medio de un análisis con enzimas de restricción y por secuenciación de DNA para confirmar su correcta orientación así como tambièn su secuencia nucleotídica. La histidasa nativa hepática fue tambièn purificada y tuvo un Mr de 72 kDa. A partir de la enzima purificada nativa se preparó un antisuero contra la histidasa en conejo. El análisis por Western blot mostró una sola banda de 72 kDa en membranas que contenían histidasa purificada o en la fracción citosólica de hígado de rata. El mismo anticuerpo tambièn detectó en lisados de E. coli transformados con el plásmido pRSET-HAL una sola banda de 74 kDa correspondientes a la histidasa recombinante antes de su hidrólisis con enterocinasa. Despuès de la proteólisis, el análisis por Western blot mostró una sola banda de aproximadamente 72 kDa correspondiente a la histidasa. Análisis cinèticos de la histidasa recombinante mostraron Km y Vmax similares a las observadas con la histidasa nativa.

Metabolismo de la homocisteína y riesgo de enfermedades cardiovasculares: Importancia del estado nutricio en ácido fólico, vitaminas B6 y B12 / Metabolism of homocysteine and risk of cardiovascular diseass: Importance of folic acid, vitamins B6 and B12 nutritional status

La homocisteína es un aminoácido azufrado que se sintetiza en el organismo a partir de la metionina. Este compuesto puede seguir dos rutas es su metabolismo, la de remetilación y la de transulfuración. La primera da lugar a la regeneración de metionina y la segunda a la formación de cisteína. Debido a su rápida utilización metabólica, este aminoácido se encuentra en bajas concentraciones en el plasma. La homocisteína circula en la sangre como tiol puro en bajas concentraciones y la mayoría se encuentra como disulfuro libre unido a residuos de cisteína de las proteínas. Sin embargo, en el caso de defectos genéticos en alguna de las enzimas del metabolismo de la homocistéina o de deficiencia nutricia de ácido fólico, vitamina B6 y B12, cuyas formas coenzimáticas se requieren para la utilización de homocisteína, se produce una elevación significativa de la concentración de este aminoácido en plasma asociado a un incremento en el desarrollo de enfermedades cardiovasculares. En base a estudios clínicos y epidemiológicos en la actualidad se considera la concentración de homocisteína en plasma como un factor independiente de riesgo de desarrollo de enfermedades aterotrombóticas y cardiovasculares. En la presente revisión se describe el metabolismo de la homocisteína, y la evidencia epidemiológica que muestra la asociación de la homocisteína con la incidencia de enfermedades cardiovasculares, así como valores de referencia. Se indican los mecanísmos a través de los cuales este aminoácido azufrado produce daño vascular. Finalmente, se dan algunas recomendaciones para el tratamiento nutricio de pacientes con hiperhomocisteinemia.

Effect of nutritional rehabilitation of undernourished rats on serum insulin-like growth factor (IGF)-I and IGF-binding proteins

El propósito del presente trabajo fue estudiar el efecto de la rehabilitación nutricia con dietas que contenían diferente concentración de proteína (6, 18 o 50 por ciento) en ratas previamente desnutridas sobre los niveles del factor de crecimiento semejante a la insulina (IGF-I) y de las proteínas que unen al factor semejante a la insulina (IGFBPs). La desnutrición se indujo alimentando ratas en crecimiento con 0.5 por ciento de caseína por cinco semanas. En este periodo, el crecimiento, las proteínas totales en el suero, las concentraciones de IGF-I en suero y la relación IGFBP-3/IGFBP-2 se encontraron significativamente disminuidas comparados con el grupo con libre acceso a una dieta con 18 por ciento de caseína. La rehabilitación nutricia por 21 días con 6 por ciento de caseína no cambió ninguno de estos parámetros. La rehabilitación nutricia con una dieta con 18 o 50 por ciento de caseína por un día no inició el restablecimiento de las concentraciones de IGF-I y la relación IGFBP-3/IGFBP-2. Sin embargo, después de 10 días con dietas al 18 o 50 por ciento de caseína por un día no inició el restablecimiento de las concentraciones de IGF-I y la relación IGFBP-3/IGFBP-2. Sin embargo, después de 10 días con dietas al 18 o 50 por ciento de caseína, las ratas aumentaron 12 veces las concentraciones de IGF-I y siete veces la relación IGFBP-3/IGFBP-2. Finalmente, la rehabilitación por 21 días con 18 o 50 por ciento de caseína produjo un incremento de 21 y 16 veces en las concentraciones de IGF-I y 6.1 y 14.5 veces en la relación IGFBP-3/IGFBP-2 respectivamente. Estos resultados sugieren que la rehabilitación nutricia con 18 por ciento o 50 por ciento de caseína son más efectivas que dietas que contienen 6 por ciento de caseína para restablecer el peso corporal. Las concentraciones de IGF-I e IGFBP-3 fueron indicadores sensibles de la evolución del estado nutricio dependiendo de la concentración de proteína en la dieta

Aminoácidos libres en plasma y leche de mujeres lactantes rurales / Free aminoacids in plasma and milk of mexican rural lactating women

Objetivo. Determinar el contenido de aminoácidos libres en plasma y en leche de mujeres lactantes del medio rural. Métodos. Veintiocho mujeres de una comunidad rural con edad de 24 ñ 5.0 años, (ñ DE) peso corporal de 50 ñ 4.9 kg y talla de 148 ñ 4.8 cm, fueron estudiadas en condiciones de balance metabólico. Las participantes fueron divididas en 5 grupos (3 grupos en el 1º, 3º, y 6º mes de lactancia, uno de post-destete y un grupo control de no embarazadas y no lactantes). La dieta del balance fue similar a la dieta habitual local. La concentración de aminoácidos en la dieta, plasma y leche se determinó en un autoanalizador de aminoácidos. Resultados. El aspartato plasmático fue mayor (p< 0.05) en el 6º mes de lactancia y leucemia, valina e isoleucina menores en el 3er. mes. En leche, valina, prolina y taurina presentaron concentraciones gradualmente menores a lo largo de la lactancia (p < 0.05), en tanto que la serina y treonina fueron mayores en el 3er mes (4 veces el control). La concentración de aminoácidos de cadena ramificada, y la de los básicos, aromáticos y neutros fue cuatro veces mayor en plasma versus leche, mientras que la de glutamato fue 40 veces mayor en leche que en plasma. Conclusiones. No existió una relación entre la concentración de aminoácidos libres de plasma versus los de leche durante los seis primeros meses de lactancia. Las variaciones observadas en el patrón de aminoácidos libres de leche y plasma estuvieron posiblemente mediados por cambios metabólicos

leucine catabolism in mammary tissue, liver and skeletal muscle of dam rat during lactation and weaning

Background. This study designed to determine the effect of lactation and weaning on the catabolism of branched-chain amino acids (BCAA). Methods. Rates of transamination and oxidation of leucine and branched chain a-ketoacid dehydrogenase(BCKD) activity were mesured in homogenates of mammary gland, skeletal muscle and liver on day 12 of lactation and 24 h after separation of dams from the litter (weaning). Results. Lactating dams consumed 250 percent more protein than control rats, extra protein is required for protein synthesis by the mammary gland, the extent to which the excess of amino acids consumed during lactation is utilized or oxidized by different tissues is not known. The rate of transamination of [1-14C] leucine by mammary tissue of lactating dams was sixfold higher than in virgin rats. The rate of transamination remained elevated fourfold in post-weaning dams. Rates of transamination were three times higher in mammary tissue than in muscle of lactating dams. Rate of oxidation [1-14C] leucine by lactanting mammary tissue was tenfold higher than in control tissue. Conclusions. The capacity of mammary tissue for transamination and oxidation of leucine increased greatly during lactation, suggesting that the mammary gland may play an important role in the catabolism of BCAA during lactation

Hepatic phenylalanine-hydroxylase and tyrosine-aminotransferase mRNA levels in rats adapted to diets with different concentrations of protein

Se estudió el efecto de la concentración de la proteína de la dieta sobre concentraciones de ARNm de la tirosina aminotransferasa (TAT) y la fenilalanina hidroxilasa (PAH) hepáticas en ratas adaptadas a consumir dietas con 18 ó 50 por ciento de caseína en un horario restringido de 7 horas (9 a 16 h) durante 5 días. Las concentraciones de ARNm de TAT de ratas adaptadas a una dieta de 18 por ciento de caseína y alimentadas en forma aguda con dietas que contenían 6, 18 ó 50 por ciento de caseína, fueron 0.15, 0.84 y 5.08 veces más altas a las 6 horas en comparación con las concentraciones de ARNm antes de la administración de la dieta. Las concentraciones de ARNm de TAT después de 17 horas de ayuno en las ratas alimentadas con 6, 18 ó 50 por ciento de caseína fueron respectivamente -0.45, 1.76 y 9.11 veces mayores en comparación con el valor basal. Las concentraciones ARNm de PAH mostraron un patrón similar; en las ratas adaptadas a 18 por ciento de caseína se observó un aumento de -.68, 1.63 y 2.5 veces en las concentraciones de ARNm de PAH en las ratas alimentadas en forma aguda con 6, 18 y 50 por ciento de casína respectivmanete y un aumento de -0.86, 2.32 y 9.33 veces después de 17 horas de ayuno. La concentraciones de ARNm de TAT y PAH en ratas adaptadas a consumir 50 por ciento de caseína y luego alimentadas con 6 ó 50 por ciento de caseína mostraron un pico máximo a las 6 horas de ayuno. Estos resultados sugieren que las concentraciones crecientes de proteína en la dieta son capaces de producir aumentos en la concentración de los ARNm de las dos enzimas, posiblemente para eliminar el exceso de aminoácidos consumidos, ya que la concentración de los ARNm dependió más del contenido de proteína de la dieta de adaptación

Riboflavin and pyridoxine status in a group of pregnant Mexican women

In order to assess the nutritional status of riboflavin and pyridoxine during pregnancy, 24 Mexican women were studied during the second trimester and 17 during the third trimester of gestation. The biochemical evaluation of the riboflavin and pyridoxine status was performed by measuring the activation coefficients (AC) of the erythrocyte glutathione reductase (eGR) and aspartate aminotranferase (eAAT), respectively. Dietary protein, riboflavin, thiamin, and calcium intake decreased significantly in the last trimester of gestation. The women presented biochemical deficiency of pyridoxine in the second and third trimester of pregnancy, but they developed biochemical deficiency of riboflavin and pyridoxine deficiency. None showed clincial signg of vitamin deficiency. No significant correlation was found between individual serum concentrations of estradiol or progesterone and eGR-AC or eAAT-AC in both trimesters of pregnancy. Six newborns studied showed normal eGR-AC and eAAT-AC