Effect of maternal dietary supplementation of one-carbon-cycle substrates and co-factors during gestation on hepatic gene expression in pigs at different developmental stages

Abstract

German Landrace (DL) and Pietrain (PI) sows were fed either a gestation diet supplemented with substractes and co-factors of the one-carbon-cycle ('MET') or a control ('CON') gestation diet. Fetal liver tissue of day 35, 63 and 91 post conception (dpc) and a postnatal stage (158 dies post natum, dpn) was subsequently monitored for diet-dependent differential gene expression. The hepatic expression profiles revealed transcripts differentially expressed in DL (2055, 641, 2475 and 327 transcripts) and PI (618, 1539, 1592 and 112 transcripts) on day 35, 63 and 91 post conception and at postnatal stage, respectively. The pathway categories that were consistently affected comprise growth factor signaling, cellular growth, proliferation development, intercellular and second messenger signaling, amino acid metabolism, apoptosis and nuclear receptor signaling. Differential expression between 'CON' and 'MET' was confirmed via quatitative real-time PCR for 11 genes from DL (BHMT, DNMT1, AMD1, IGFBP3, IGFBP5, SHC1, AAK1, SMAD5, MAP3K7, IGF1, SOCS3) and 12 genes from PI (PFN, Rho, PAK, IGFBP3, IGFBP5, IGF2R, BHMT, DNMT1, MTAP, FOXO1, BCL2, MAFG) all of which were selected from relevant canonical pathways. The important canonical pathways modulated by the gestation diets in both breeds included the methionine metabolism pathway, the IGF-1 signaling pathway and the growth hormone signaling pathway. We assessed the hepatic S-adenosylmethionine (SAM) and the S-adenosylhomocysteine (SAH) concentrations as well as the SAM/SAH ratio in sows and fetuses from DL and PI. The SAM/SAH ratio of fetuses was lower in 'MET' than in 'CON', which is closely linked to the inhibition of transmethylation reactions and conforms to results from global DNA methylation. In conclusion, supplementation of gestation diets with substrates and co-factors of the one-carbon-cycle affects hepatic gene expression as well as traits related to growth and meat performance at prenatal and postnatal stages, dependent on the developmental stage and the breed.

<strong>Effekte der Zugabe von Substraten und Kofaktoren des Methionin-Stoffwechsels zur maternalen Diät während der Trächtugkeit auf die hepatische Genexpression von Schweinen in unterschiedlichen Entwicklungsstadien</strong><br /> Deutsche Landrasse (DL)- und Pietrain (PI)-Sauen wurden während ihrer Trächtigkeit mit einer mit Substraten und Kofaktoren des Methionin-Stoffwechsels supplementierten Diät ('MET') oder einer Kontrolldiät ('CON') gefüttert. Anschließend wurde fetales Lebergewebe der Tage 35, 63 und 91 post conceptionem (dpc) und Lebergewebe eines postnatalen Stadiums (158 dies post natum, dpn) auf diät-abhängige differentielle Genexpression überprüft. Die hepatischen Expressionsprofile zeigten jeweils 2055, 641, 2475 und 327 differentiell expremierte Transkripte in DL und 618, 1539, 1592 und 112 differentiell expremierte Transkripte in PI an den Tagen 35, 63 und 91 post conceptionem und dem postnatalen Stadium.<br /> Die konsistent betroffenen Signalwege umfassen die Signaltransduktion über Wachstumsfaktoren, Interzelluläre- und Second-Messenger und Zellkernrezeptoren sowie das Zellwachstum, die Proliferationsentwicklung, den Aminosäure-Metabolismus und, Apoptose. Differentielle Expression zwischen 'CON' und 'MET' wurde mittels real-time PCR für 11 Gene in DL (BHMT, DNMT1, AMD1, IGFBP3, IGFBP5, SHC1, AAK1, SMAD5, MAP3K7, IGF1, SOCS3) und 12 Gene in PI (PFN, Rho, PAK, IGFBP3, IGFBP5, IGF2R, BHMT, DNMT1, MTAP, FOXO1, BCL2, MAFG) bestätigt, die alle aus relevanten kanonischen Signalwegen ausgesucht wurden. Wichtige diätabhängig modulierte Signalwege in beiden Rassen waren u.a. der Methionin-Metabolismus- Signalweg, der IGF-1-Signalweg und der Wachstumshormonsignalweg. Wir haben sowohl die S-Adenosylmethionin(SAM)- und die S-Adenosylhomocystein (SAH)-Konzentrationen als auch das SAM/SAH-Verhältnis in der Leber von Sauen und Feten von DL und PI bestimmt. Das SAM/SAH-Verhältnis in Feten war in der 'MET'- Gruppe niedriger als in der 'CON'-Gruppe, was in direktem Zusammenhang zur Inhibition von Transmethylierungsreaktionen und im Einklang mit den Ergebnissen zur globalen DNA-Methylierung steht.<br /> Fazit: Supplementation der Gestationsdiät mit Substraten und Kofaktoren des Methionin- Stoffwechsel beeinflusst abhängig vom Entwicklungsstadium und der Rasse sowohl die hepatische Genexpression als auch die mit Wachstum und Fleischqualität zusammenhängenden Merkmale in pränatalen und postnatalen Stadien.