Партньорство Monell Chemical Senses Center, Филаделфия, Пенсилвания, Съединени американски щати

гена

Партньорство Monell Chemical Senses Center, Филаделфия, Пенсилвания, Съединени американски щати

Партньорство Monell Chemical Senses Center, Филаделфия, Пенсилвания, Съединени американски щати

Принадлежности Monell Chemical Senses Center, Филаделфия, Пенсилвания, Съединени американски щати, Департамент по хранителни науки, Училище за екологични и биологични науки, Университет Рутгерс, Ню Брънзуик, Ню Джърси, Съединени американски щати

Принадлежности Monell Chemical Senses Center, Филаделфия, Пенсилвания, Съединени американски щати, Департамент по хранителни науки, Училище за екологични и биологични науки, Университет Рутгерс, Ню Брънзуик, Ню Джърси, Съединени американски щати

  • Абигейл Л. Мандел,
  • Катрин Пейрот де Гашон,
  • Кимбърли Л. Планк,
  • Сузана Аларкон,
  • Пол А. С. Бреслин

Фигури

Резюме

Заден план

Храносмилането на хранителното нишесте при хората се инициира от слюнчева α-амилаза, ендо-ензим, който хидролизира нишестето в малтоза, малтотриоза и по-големи олигозахариди. Слюнчената амилаза представлява 40 до 50% от протеина в човешката слюнка и бързо променя физическите свойства на нишестето. Важно е, че количеството и ензимната активност на слюнчената амилаза показват значителни индивидуални вариации. Обаче свързването на вариацията в нивата на слюнчената амилаза с оралното възприемане на нишесте се оказа трудно. Освен това, връзката между вариациите на броя на копията (CNV) в гена AMY1, които влияят върху нивата на слюнчената амилаза, и възприемането на вискозитета на нишестето не е изследвана.

Основни констатации

Тук демонстрираме, че слюнката, съдържаща високи нива на амилаза, има достатъчна активност, за да хидролизира бързо вискозен разтвор на нишесте in vitro. Освен това, ние показваме с оценки на интензивността на времето, които проследяват смилането на нишестето по време на орална манипулация, че хората с високи нива на амилаза съобщават по-бързо и по-значително намаляване на възприемания вискозитет на нишестето, отколкото хората с ниски нива на слюнчената амилаза. И накрая, ние демонстрираме, че AMY1 CNVs предсказват количеството и активността на слюнчената амилаза на индивида и по този начин в крайна сметка определят тяхната възприемана скорост на изтъняване на вискозитета на орално нишесте.

Заключения

Чрез свързване на генетичната вариация и произтичащите от това слюнчени ензимни различия с възприятието на продължението на тези вариации, ние показваме, че броят на копията на AMY1 се отнася до концентрацията на слюнчената амилаза и нивото на ензимна активност, което от своя страна отчита индивидуалните вариации в оралното възприятие за вискозитета на нишестето . Дълбоките индивидуални разлики в нивата на слюнчената амилаза и слюнчената активност могат да допринесат значително за индивидуалните различия в приема на диетично нишесте и следователно за цялостния хранителен статус.

Цитат: Mandel AL, Peyrot des Gachons C, Plank KL, Alarcon S, Breslin PAS (2010) Индивидуални разлики в броя на копията на гена AMY1, нивата на слюнчените α-амилази и възприятието за орално нишесте. PLoS ONE 5 (10): e13352. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0013352

Редактор: Манфред Кайзер, Университетски медицински център „Еразъм“, Холандия

Получено: 11 февруари 2010 г .; Прието: 15 септември 2010 г .; Публикувано: 13 октомври 2010 г.

Финансиране: Това проучване е финансирано от National Starch Co. (http://www.foodinnovation.com/FoodInnovation/en-US/) и грант от Националните здравни институти (R01 DC 02995) на PASB. National Starch допринесе за дизайна на микровискоамилографа и перцептивните изследвания. Компанията проведе тест за възприемане на осем от 73-те обекта, включени в този ръкопис. National Starch няма роля в анализа, решението за публикуване или подготовката на ръкописа.

Конкуриращи се интереси: Това проучване е финансирано отчасти от National Starch Co. Авторите не са били наети от National Starch, нито са се консултирали с тях. Няма продукти, търговски артикули, нито патенти, включващи National Starch, които ще произтичат от това изследване. Това финансиране не променя придържането на авторите към всички политики PLoS ONE за споделяне на данни и материали.

Въведение

Първоначалното смилане на диетично нишесте при хора се осъществява чрез слюнчена α-амилаза, ендо-ензим, който катализира хидролизата на α-1,4 гликозидни връзки за производство на малтоза, малтотриоза и по-големи олигозахариди. Това амилолитично храносмилане започва по време на дъвчене в устната кухина и продължава в стомаха. След това сместа преминава в тънките черва, където амилазата на панкреаса завършва нишестената хидролиза.

Слюнчената амилаза е най-разпространеният протеин в човешката слюнка [1], представляващ 40 до 50% от слюнчените протеини [2] и има способността бързо да променя физическите свойства на нишестето в устната кухина [3]. Количеството и ензимната активност на слюнчената амилаза обаче показват значителни различия сред индивидите. Това се дължи на редица фактори на околната среда, включително нива на стрес [4], [5] и циркадни ритми [6]. В допълнение, има доказателства, че експресията на слюнчената амилаза се регулира нагоре чрез диета с високо съдържание на нишесте [7]. Генетично нивата на слюнчената амилаза се влияят от вариацията на броя на отделните копия (CNV) на гена AMY1 на хромозома 1p21, която кодира слюнчената амилаза [8]. Генът AMY1 е един от най-променливите локуси на CNV в човешкия геном, с докладван диапазон от 2 до 15 диплоидни копия. Важно е, че оралните концентрации на слюнчената амилаза корелират положително с броя на копията на гена AMY1 [9].

Въз основа на тези съображения ние избрахме да изследваме как се възприема вискозитетът в устната кухина, като използваме оценки на интензивността на времето, метод, който по-близо се доближава до реалното възприемане на промените в храната с течение на времето. Целите на настоящото проучване бяха: 1) да се определи как индивидуалните различия в нивата на слюнчената амилаза влияят на разграждането на вискозитета на нишестето, като се използват ретрологични измервания in vitro и 2) да се изясни как варирането в слюнчените концентрации на ензима влияе върху възприемането на вискозитета на нишестето във времето. И накрая, въпреки многобройните екологични източници на вариации в слюнчената амилаза, ние се опитахме 3) да определим как полиморфизмите на AMY1 CNVs са свързани с концентрацията на слюнчената амилаза и нивото на ензимна активност, както и с възприемането на вискозитета на нишестето.

Резултати

Реологични мерки

В микровискоамилографа въздействието на слюнката върху вискозитета на нишестето варира между индивидите от почти никакво въздействие до бърз спад на вискозитета на нишестето за секунди. Фигура 1 представя данните от четири обекта с най-висок общ спад на вискозитета от 120 на 425 секунди и четири обекта с най-ниски промени. За всички субекти, 100 ul свежа слюнка бяха добавени към 100 g гелирано 6% нишесте в момент „0“. Кривите на разпадане на вискозитета се припокриват за около 10 секунди за всички индивиди, което показва, че амилазата изисква активно смесване, за да стане ефективно. След смесване обаче, слюнчената амилолитична активност е силно индивидуализирана сред субектите (вж. Таблица S1 във файл S1). Вмъкването на фигура 1 изобразява кривите на всички субекти, за да илюстрира пълния обхват на слюнчената активност.

Тази графика представя четиримата субекти с най-малка обща промяна във вискозитета (горни криви) и четирите с най-голяма обща промяна (долни криви). Вградената графика показва данните от всички проби от слюнка, анализирани в MVAG (n = 42). И в двете графики данните от всеки обект са представени с различна цветна линия. 100 ul от слюнката на всеки субект се добавят към 100 g нишесте при 37,5 ° C. Към нишестето се добавя слюнка в момент „0“ и представлява 0,1% от разтвора на нишестето.

Мерки за слюнчена амилаза

Имуноблотинг и ензимен анализ бяха използвани за независимо количествено определяне на количеството амилаза/ml и активността/ml, съответно, във всяка проба от слюнка. Наблюдавахме значителни вариации сред индивидите по отношение на количеството и активността на произведената амилаза на единица слюнка (Таблица S2 във файл S1). Средното количество (± SD) на амилаза е 2,64 mg/ml (± 1,8), с диапазон от 0 до 7,5 mg/ml, докато средната концентрация в минута е 5,7 mg/min (± 7,1) (диапазон 0–42,8 mg/min). Средната активност на единица слюнка е 93 U/ml (± 62), варираща от 1 до 371 U/ml. Средната активност в минута е 177 U/min (± 166), с диапазон от 2 до 900 U/min. Мъжете и жените не се различават значително нито по количеството на амилаза, нито по активността си.

И трите измервания на слюнката (1. количество амилаза на ml слюнка, 2. ензимна активност на ml слюнка, 3. намаляване на вискозитета на нишестето чрез инжектиране на 100 ul слюнка в MVAG) са в значителна корелация помежду си. Връзката между количеството амилаза (mg/ml) и общата промяна на вискозитета в MVAG (Фигура 2А) имаше r стойност 0,58 (P Фигура 2. Корелации между измерванията на слюнчената амилаза.

И количеството слюнна амилаза/ml (A), и слюнчената активност/ml (B) са в значителна степен свързани с общата промяна във вискозитета, измерена от MVAG. Количеството слюнна амилаза/ml и слюнчената активност/ml също са в значителна корелация помежду си (C). Имайте предвид, че пробите от слюнка, анализирани в MVAG (n = 41), са подгрупа от тези проби, анализирани чрез Western blot и ензимен анализ (n = 73).

Номер на копие на гена AMY1 и слюнна амилаза

ДНК проби бяха събрани от 62 субекта и анализирани чрез qPCR за определяне на броя на генните копия. Стойностите бяха стандартизирани за човешка ДНК проба с известен номер на копие на гена AMY1, проверен от Fiber FISH. Средният брой на копията на гени AMY1 е четири (средно = 4,4 ± 2), с диапазон от 1 до 11 (Таблица S2 във файл S1). Количеството слюнна амилаза/ml и номерът на генното копие са в значителна корелация (r = 0,50; P Фигура 3. Вариация на броя на копията на AMY1 и експресия на слюнчена амилаза протеин.

Имаше значителна положителна връзка между номера на диплоидно копие на AMY1 и количеството амилаза/ml (n = 62).

Устно възприемане на вискозитета

Средно възприеманите функции на вискозитет на интензивността на времето на трите стимула (нишесте, смола и вода) са представени на фигура 4А (вижте таблица S3 във файл S1 за данни). Както се очакваше, субектите оцениха водата като възприет вискозитет много близък до нула, който не варираше по време на измерването от 60 секунди. След достигане на пик, рейтингите за стимулацията на ксантановата смола леко намаляват през периода на изпитване, най-вероятно поради обемно изтъняване от смесването на слюнката, но иначе остават стабилни с течение на времето. Формата на кривата за оценка на вискозитета на нишесте предполага двуетапен процес: начална фаза на „смесване“, при която субектът манипулира болуса в устата си и го смесва със слюнка (на фигура 4А, приблизително 0–10 секунди) и втори етап на „амилолитична активност“, характеризиращ се с отрицателно ускоряващо се понижаване на вискозитета на нишестето през останалите 50 секунди.

Средни оценки на интензивността на времето за трите стимула (A). Както се демонстрира от оценките на LMS от шест индивида (всеки от които е изобразен с различна цветна линия/форма), субектите са силно променливи при използването на LMS скалата при оценяване на вискозитета на нишестето по време на изпитването (B). Рейтингът на LMS се нормализира до 100 на 5 секунди, за да се премахне субективният шум и да се даде възможност за наблюдение на ефектите на амилазата върху вискозитета (C). Имайте предвид, че панели B и C съдържат данни за рейтинг на LMS от същите шест теми; всеки индивид е представен от една и съща цветна линия във всеки панел.

Има големи индивидуални разлики в оценките на вискозитета на нишестето (Фигура 4В). За да се намали въздействието на субективните оценки, рейтингите на LMS бяха нормализирани до 100, започвайки от 5 секунди във функцията (Фигура 4C). Данните бяха анализирани през оставащите 55 секунди чрез изчисляване на 1) общата промяна в рейтингите от пик до надир и 2) времето, в което кривата достигна rating рейтинг на вискозитет след пика за всяка крива.

За да се оцени връзката между количеството/активността на слюнчената амилаза по време на 60-секундната сесия на тестване и оценките на вискозитета, ензимната концентрация/минута на потока на слюнката и активност/минута на потока бяха разделени на квартили. Субекти с по-високи концентрации на слюнчена амилаза (Фигура 5А) (F (3,69) = 2,28, P Фигура 5. Нивата на слюнчената амилаза са значително свързани с възприемания вискозитет на нишестето.

Субектите с по-високи концентрации на слюнчената амилаза/ml (A) и слюнчената активност/ml (B) имат по-големи общи промени във възприемания вискозитет. Тези субекти също достигат ½ възприети нива на вискозитет значително по-бързо (C и D). Прекъснатата линия във всяка кутия представлява средната стойност, докато горната и долната граници на кутията представляват съответно 75-ия и 25-ия процентил. Лентите за грешки над и под полето показват 90-ти и 10-ти процентил. Точките с различни букви се различават значително една от друга. Mg/min квартили: 1 = 0–1,5; 2 = 1,51–2,99; 3 = 3–10; и 4 => 10 mg/min. U/min квартили: 1 = 0–60; 2 = 61–120; 3 = 121-220; и 4 => 220 U/min.

Също така си струва да се отбележи, че in vivo LMS рейтингите на нишестения вискозитет за 60 секунди са били значително свързани с измерванията на вискозитета in vitro от MVAG за 7 минути (r = 0,27; P 2 = 0,25 и 0,27, съответно) в това проучване. Нашата констатация е в съответствие с предишни изследвания [8], [9], които предполагат, че експресията на амилаза може да отразява допълнителни генетични влияния, като несинонимни единични нуклеотидни полиморфизми (SNP) в гена AMY1 (три известни несинонимни SNP) или разлики в транскрипцията или ефективност на транслация между гените AMY1 в различни хаплотипове [9]. Освен това, негенетичните влияния, включително стресът и приема на хранителни нишестета, могат допълнително да повлияят на нивата на протеини. Независимо от източника на вариабилност, ще е необходимо набиране на субекти с по-голяма вариация в броя на генните копия, за да се тества по-нататък тази връзка, тъй като по-голямата част (87%) от нашите субекти са имали между две и шест копия на гена AMY1.