Autophagy in birds in response to different metabolic states

Autofagia jest bardzo skomplikowanym procesem katabolicznym odpowiedzialnym za oczyszczanie oraz odnawianie uszkodzonych składników komórek. Proces ten jest szeroko badany u ssaków, jednak do tej pory nie był badany u ptaków. Aktywacja autofagii następuje po okresie pozbawienia pokarmu i obejmuje różne geny mitochondrialne i cytozolowe. Niniejsza praca skupia się na badaniu grupy najważniejszych genów potrzebnych do aktywacji tego procesu, czyli mTORC1, ATG5 i LC3. Ponadto najczęściej stosowanym biomarkerem do badania autofagii jest białko LC3 forma II, a najważniejszym jest wskaźnik jego obrotu (LC3-II/LC3-I). Gatunkiem modelowym w tych badaniach jest zeberka (Taeniopygia guttata), gatunek ten już wcześniej był wykorzystywana do badań nad głodzeniem u ptaków.Przeanalizowano grupy ptaków o różnych okresach postu i schematach żywienia, co wykazało ich znaczenie postu dla aktywacji autofagii. Rozpatrywane grupy na czczo były w 12h, 24h i 36h, a nie na czczo był okresem kontrolnym, to znaczy nie dostarczano jedzenia i wody podczas ich odpowiedniego czasu na czczo.Przewidujemy, że pozbawienie pokarmu ma wpływ na stany metaboliczne organizmu oraz pozytywnie wpływa na aktywację procesu autofagii. Głównymi czynnikami, które były brane pod uwagę w analizach są: masa ciała, masa narządów, długość stępu, wielkość komórek wątroby (hepatocytów) oraz obecność genów oraz białka LC3-II w tkankach narządów, które będą świadczyć o aktywacji autofagii u ptaków doświadczalnych. Wyniki badań wykazały spadek średniej masy ciała oraz istotny wpływ manipulacji eksperymentalnej na masę narządów: mięśnia nogi, wątroby. W pozostałych badanych narządach zaobserwowano jedynie tendencję do redukcji masy narządu. Stwierdzono, że ekspresja głównych genów regulatorowych autofagii jest wyższa we wszystkich tkankach narządów ptaków doświadczalnych. Ponadto stwierdzono, że wielkość komórek wątroby (hepatocytów) znacząco spada pod wpływem pozbawienia pokarmu w porównaniu do grupy kontrolnej. Spadek wielkości komórek spowodowany jest prawdopodobnie wykorzystaniem zapasów tłuszczowych do utrzymania homeostazy komórek. Również w mięśniach kończyny dolnej oraz wątrobie stwierdza się wzrost ilości tworzenia LC3-II, co wskazuje na dużą aktywność autofagii zachodzącej pod wpływem ograniczenia w dostępie do pokarmu.

Metabolic response to fasting in birds and mammals has been studied shortly. Autophagy is a very complicated catabolic process responsible for cleaning, renewing damaged components of cells, process is widely studied in mammals but not in birds. Activation of autophagy takes place after the fasting period and it involves various mitochondrial and cytosolic genes, in this study, the genes monitored are the most targeted ones that is mTORC1, ATG5, and LC3. The most commonly used biomarker for autophagy is LC3 form II, its turnover ratio is considered always (LC3-II/LC3-I). Our model species for the experimental analysis is the zebra finch (Taeniopygia guttata), a species previously used for studies on fasting in birds. Group of birds with different fasting periods and feeding patterns were analyzed resulting in their significance of fasting towards the activation of autophagy. The fasting groups considered were at 12h, 24h, and 36h, and non-fasted were the control period, that is no food and water was provided during their respective fasting time. We predict that fasting does affect metabolic states. The main analysis factors counted are body mass, organ mass, tarsus length, liver cell size (hepatocytes), and presence of genes and protein LC3-II in the tissue of the organs with the aim to demonstrate the regulation of autophagy in the experimental birds. Results showed a decrease in the average body mass with increased fasting time, and a significant effect on the organs: legs and liver, therefore, a significant decline in the organ mass is observed whereas in other organs a trend has been observed in the reduction of organ mass. The expressions of main autophagy regulatory genes and proteins are found to be positive in all the organ tissues of the experimental birds. The liver cell size (hepatocytes) was found to be significantly decreasing from control to high fasting groups predicting the utilization of fat body or adipose tissues for maintaining cell’s homeostasis. Also, high positive affirmation of LC3-II formation is found in the organs, legs, and liver, concluding a high amount of autophagy taking place during starvation conditions.