Wetenschappelijke achtergronden van het LifeStart Effect Oktober 2015
Agenda • Metabolische programmering • Data in Rundvee
• Lopend en toekomstig onderzoek
“Metabolic programming” Een nieuw perspectief op evolutie
Wat betekent dat?
Fenotype = Genotype + Omgeving
De overerfbare veranderingen in gen-expressie die niet veroorzaakt worden door veranderingen in de onderliggende DNA structuur
De Nederlandse hongerwinter “Hongerwinter” 1944
1945
Roseboom et al., 2006
1946
Exposure
Laat Glucose intolerantie Verminderde insuline secretie Hypertensie
Midden Glucose intolerantie Verminderde insuline secretie Hypertensie Verminderde nierfunctie Luchtwegproblemen
Vroeg Glucose intolerantie Verminderde Insuline secretie Obesitas Stressgevoelig Hartproblemen Schizofrenie Anti-sociaal gedrag Verslavingen
Het effect van “koninginnegelei” • Koningin en werkbijen identieke genen • Koningin krijgt koninginnegelei en 10x meer voedsel dan werkbij • Snelle groei (200 mg vs 100 mg) • Langer leven (2 mnd vs. 3 tot 4 jaar) • Vruchtbaar (2000 eitjes per dag)
7
(Maleszka, 2008; Lyko et al., 2010)
Programmeren van het kalf data
8
Ontwikkeling van de organen 2,5 Relative increase, g/g
Relative increase, g/g
1,4
Hart
1,2 1 0,8 0,6 0,4
Lever
2 1,5 1 0,5
0,2
0
0
0-50
50-100
100-150
0-50
150-600
1 0,8 0,6 0,4 0,2 0
0-50
50-100
100-150
Leeftijd, dgn
150-600
Relative increase, g/g
Relative increase, g/g
1,4
Longen
100-150
150-600
Leeftijd, dgn
Leeftijd, dgn
1,2
50-100
4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0
Spieren
0-50
50-100
100-150
150-600
Leeftijd, dgn 9
Vrijwillige opname van melk Zoogkalveren (de Passillé et al., 2008)
Melkopname, L/d
16
Voerfrequentie: • 6.5 x op 3 mnd leeftijd • 8.2 x op 6 mnd leeftijd
14 12 10 8 6
4 2 0 1
5
9
13 Week
17
21
25
Berends et al., 2014
Ontwikkeling uierweefsel < 8 wk Voerniveau week 2-8
Matig
.
Voerniveau week 9-14 .
Hoog
Matig
Hoog
Matig
Hoog
Groei/dag week 2-8 (g)
400
400
670
670
Groei/dag week 9-14 (g)
470
1060
400
1130
Eind gewicht wk 14 (kg)
80
106
90
121
16
15
24
23
44
42
85
86
63
63
103
108
Parenchym gewicht (g/100kg LG) Parenchym DNA (mg/100 kg LG) Parenchym RNA (mg/100 kg LG)
Parenchym gewicht = melk producerend weefsel Parenchym DNA = aantal ontwikkelde uiercellen Parenchym RNA = niveau van uiercelactiviteit
+ 50 - 100 % *LG = lichaamsgewicht Bron: Brown et al, 2005
Het belang van de eerste 8 weken
Verhoogd = 69.5 kg MR
Controle = 32.6 kg MR
Controle
Verhoogd
Significantie
Geboorte gewicht, kg
39.2
39.7
NS
Kalvermelk poeder opname, kg/d
0.6
1.3
< 0.01
Gewicht op dag 54, kg
61.0
83.2
< 0.01
Dagelijkse groei, kg/d
0.39
0.82
< 0.01
*P < 0.05; NS: niet significant (Soberon and Van Amburgh, submitted)
Controle = 32.6 kg MR
Verhoogd = 69.5 kg MR
Controle
Verhoogd
Significantie
Lever, kg
1.35
2.35
< 0.01
Lever, % van LG*
2.23
2.84
< 0.01
Nieren, g
184
320
0.02
Nieren, % van LG*
0.30
0.38
0.09
Uierweefsel, g
75
338
< 0.01
Parenchym, g
1.10
6.48
< 0.01
Parenchym, % van LG*
0.002
0.008
< 0.01
*LG = lichaamsgewicht
(Soberon and Van Amburgh, submitted)
Een koe is nog geen kalf Referentie
Effect op groei voor Effect melkprod spenen, g/d 1e lactatie, L
Extra melk per gram groei, L/g
Shamay et al., 2005
+290
+981
3.4
Faber et al., 2005
+195
+955
4.9
Morrisson et al., 2009
+160
0
0
Davis-Rincker et al., 2011
+200
+416
2.1
Moallem et al., 2010
+70
+732
10.5
Raeth-Knight et al., 2009
+230
+718
3.1
Drackley et al., 2007 I
+230
+1332
5.8
Drackley et al., 2007 II
+150
+342
2.3
Terré et al., 2009
+100
+624
6.2
Gemiddeld 4 Liter/gram
Lopend en toekomstig onderzoek
15
Huidige kennis Metabolomics in kal veren
Metabolomics in kalveren
Werkingsmechanisme 16
Cornell & WUR microarrays
Verhoogd Controle
Verhoogd
Significantie
Geboortegewicht, kg
39.2
39.7
NS
Kalvermelk vervanger, kg/d
0.6
1.3
< 0.01
Gewicht op 54 dagen
61.0
83.2
< 0.01
Groei, gr/dag
0.39
0.82
< 0.01
Doel: verkrijgen van inzicht in de onderliggende mechanismen van het “Life Start effect”.
17
Cornell & WUR microarrays: genenonderzoek
Uier
Vet
Lever
Beenmerg
Spier
Pancreas
Veranderd
18
Cornell & WUR microarrays
19
Lever
mitotic g2-g2 phase
DNA repair
apoptosis cell cycle, mitosis
meiotic synapsis megakaryocyte development tcr signalling DNA damage signalling events e-cadherin signalling amino acid metabolism tryptophan metabolism metabolism cytochrome p450 pyruvate metabolism RNA pol II ctd biosynthesis cholesterol phosphorylation bile acid salts synthesis
miscellaneous
20
Metabolomics in kalveren
1: Melkfase jan-dec ‘14; 2: Inseminatie Feb ‘15 – Jan ‘16; 3: 1e Lactatie Nov ‘15; 4: 2e Lactatie Jan ‘17 ; 5: Einde Dec ‘18
21
Conclusies • Omgevingsfactoren en voeding rondom het kalven hebben een blijvend effect op het epigenoom metabolische programmering. • Een verhoogde groei voor spenen verhoogt de melkproductie in de (eerste) lactatie.
Vriendelijk bedankt voor uw aandacht! Blijf op de hoogte: www.lifestartscience.com
