Objective. To identify features of the gut microbiome using 16S rRNA gene sequencing in inbred KK.Cg-a/a (KK) mice and the KK.Cg-Ay/a (Ay) subline with metabolic syndrome (MetS) caused by different genetic disorders, compared to the C57BL/6J (B6) mouse line lacking manifestations of the pathology.
Materials and methods. 3–4 months old male mice of three mouse lines were used: 1) KK mice with polygenic genomic disorders contributing to hyperglycemia, insulin resistance, and hyperinsulinemia; 2) the Ay substrain carrying an additional mutant dominant allele of the Agouti yellow coat color gene, exhibiting more severe MetS manifestations; 3) the B6 mouse line, not prone to obesity and diabetes (control group). All mice were of the same age (2 months) and sex (males) and received a normocaloric diet. Morphometry was performed for each animal, and biochemical parameters of blood serum were analyzed. PCR analysis of mRNA expression of neuropeptides and receptors in the hypothalamus was conducted. Mouse fecal samples were examined using 16S rRNA metagenomic analysis.
Results. As previously shown, in male mice with genome-wide disorders on a normocaloric diet, obesity and alterations in carbohydrate and lipid metabolism developed, being more pronounced in the Ay group. Animals of the Ay substrain differed from other mice by greater body and liver weight, higher plasma glucose and leptin concentrations, and increased expression of Neuropeptide Y (NPY), Pro-opiomelanocortin (POMC), and Tas1r3. In all animals with MetS, the microbiome differed from the control group by a lower abundance of the family Muribaculaceae and the genus Akkermansia, and an increased percentage of the phylum Bacteroidota (genera Alistipes, Odoribacter, and Bacteroides). A distinctive feature of the Ay microbiome was an increased percentage of the families Enterobacteriaceae and Oscillospiraceae (Ruminococcaceae).
Conclusion. Specific features of the gut microbiome characteristic of inbred animals with varying severities of energy metabolism disorders were identified. The models used can be employed to study the pathogenesis of MetS considering the role of microbiota, as well as to develop methods for predicting disease severity and correcting dysbiotic disturbances arising from energy metabolism disorders.
Цель работы — выявление особенностей микробиома кишечника инбредных мышей линии KK.Cg-a/a (КК) и подлинии KK.Cg-Ay/а (Ay) с метаболическим синдромом (МС), обусловленным различными генетическими нарушениями.
Материалы и методы. Были использованы самцы мышей 3–4-месячного возраста 3 линий: 1) KК с полигенными нарушениями генома, способствующими развитию гипергликемии, инсулинорезистентности, гиперинсулинемии; 2) подлиния Ay с дополнительно перенесённой мутантной доминантной аллелью гена окраски шерсти Agouti yellow с более выраженными проявлениями МС; 3) C57BL6/J (В6), не склонных к развитию ожирения и сахарного диабета (контрольная группа). Все мыши были одного возраста (4 мес) и пола (самцы) получали нормокалорийную диету. У каждого животного была произведена морфометрия, исследованы биохимические показатели сыворотки крови, проведён ПЦР-анализ экспрессии мРНК нейропептидов и рецепторов в гипоталамусе. Фекальные пробы мышей были исследованы при помощи 16S рРНК секвенирования.
Результаты. У самцов мышей линий с полногеномным нарушениями на фоне нормокалорийной диеты развивались ожирение и изменения углеводного и липидного обмена, в большей степени выраженные в группе Ay. Животные подлинии Ay отличались большей массой тела и печени, повышенным содержанием глюкозы и лептина в плазме, увеличенной экспрессией нейропептида Y, проопиомеланокортина и рецептора сладкого вкуса tas1r3. У всех животных с МС микробиом отличался от контрольной группы меньшей представленностью семейства Muribaculaceae и рода Akkermansia и увеличением процентного содержания филума Bacteroidota (родов Alistipes, Odoribacter и Bacteroides). Отличительной особенностью микробиома Ay было увеличение процентного содержания семейств Enterobacteriaceae и Oscillospiraceae (Ruminococcaceae).
Заключение. Выявлены особенности микробиома кишечника, характерные для инбредных животных с различными по тяжести нарушениями энергетического обмена. Подробно охарактеризованные по морфофизиологическим параметрам и составу микробиоты инбредные мыши могут быть использованы для изучения патогенеза МС с учётом роли кишечного микробиоценоза для разработки методов прогнозирования тяжести течения и коррекции дисбиотических нарушений, возникающих на фоне нарушений пищеварения, нейроэндокринных процессов, углеводного и липидного обменов.