Diet and exercice: impact on lipid metabolism and involvement of epigenetic mechanisms

Abstract

A sedentary lifestyle and consumption of high-caloric and micronutrient pour diets are strong risk factors associated with the development of cardiovascular diseases, obesity, dyslipidemia and colon cancer, where deregulation of cholesterol metabolism plays an important role. This thesis is divided in two experimental parts: Part A: Effects of exercise on cholesterol metabolism in high-fat fed rats: involvement of epigenetic mechanisms; and Part B: Effects of naturally occurring dietary flavones on liver cholesterol metabolism, in vitro. In our study (Part A), were analysed colon samples from Sprague-Dawley rats submitted to 2 iso-hipercaloric diets: standard diet (35 % of calories derived from fat), and high-fat diet (71 % of calories derived from fat), and each group further divided in 3 sub-groups according to the exercise regime: sedentary, voluntary physical activity and endurance training. The consumption of a high fat diet significantly increased global methylation levels. However, in both diets DNA methylation seem to be normalized by voluntary exercise, while endurance training had no effect. Our qRT-PCR analysis did not show differences in SREBP-2 and ABCA1 expression. However, high-fat consumption increased gene expression of the efflux transporter of neutral sterols, ABCG5, which was reverted by voluntary physical activity. Our study diets seem not have an effect on NPC1L1 expression, but voluntary exercise in both diets, and endurance training in standard diet, decreases NPC1L1 expression, decreasing cholesterol re-absorption capacity. In our study (Part B), we assessed the effect of Luteolin (L) and its major naturally occurring glycosylated form, Luteolin-7-O-Glucoside (L7G), on cholesterol metabolism regulation in vitro using human hepatocellular carcinoma HepG2 cells. Our work show that L reduces both SREBP-2 activation and HMGCR gene expression, similarly to simvastatin, revealing an effect on cholesterol endogenous synthesis regulation. In addition, both L and L7G seem to increase PPARα protein levels. The results suggest the potential effect of flavones, L and L7G, in the prevention of abnormal cholesterol metabolism. The combination of these flavones consumption, with regular physical activity and reduced fat intake may prevent metabolic related diseases.

Um estilo de vida sedentário e o consumo de uma dieta hipercalórica e pobre em micronutrientes são fortes fatores de risco para o desenvolvimento de doenças cardiovas-culares, obesidade, dislipedimea e cancro colorectal, nas quais a desregulação do meta-bolismo do colesterol tem um papel importante. Esta tese está dividida em duas partes experimentais: Parte A: Efeitos do exercício físico no metabolismo do colesterol em ratos alimentados com altos teores de gordura: envolvimento de mecanismos epigenéticos; e Parte B: Efeitos de flavonas naturais presentes na dieta, no metabolismo do colesterol, in vitro.. No nosso estudo (Parte A), foram analisadas amostras de colon de ratos Sprague-Dawley submetidos a 2 dietas iso-hipercalóricas: dieta padrão (35 % das calorias deriva-das de gordura), e dieta rica em gorduras (71 % das calorias derivadas de gordura), cada grupo foi ainda dividido em 3 sub-grupos de acordo com o regime de exercício: sedentá-rios, atividade física voluntária e treino de resistência. O consumo de uma dieta rica em gorduras aumentou o nível de metilação global. No entanto, nas duas dietas, a metilação do DNA parece ser normalizada pela prática voluntária de exercício físico. Na nossa aná-lise, por qRT-PCR, não foram encontradas diferenças na expressão de SREBP-2 e ABCA1. Contudo, o consume de muita gordura aumentou a expressão do transportador de efluxo de esteróis neutros, ABCG5, efeito que foi contrariado pela prática de atividade física voluntária. As dietas deste estudo não parecem afectar a expressão de NPC1L1, mas o exercício voluntário nas duas dietas, e treino de resistência na dieta padrão reduziram a expressão de NPC1L1, diminuindo a capacidade de re-absorção de cholesterol. No nosso estudo (Parte B), foram analisados os efeitos da Luteolina (L) e a sua forma glicosilada com maior ocorrência natural, Luteolina-7-O-Glicosideo, no metabolismo do colesterol in vitro, usando células HepG2 de carcinoma hepatocelular humano. O nosso trabalho mostrou que L reduz tanto a clivagem do SREBP-2, mas também a expressão de HMGCR, de forma similar à sinvastatina, revelando um efeito na regulação da síntese endógena do colesterol. Ainda, tanto a L como L7G parecem aumentar os níveis de proteína do PPARα. Este trabalho mostrou o potencial de flavonas, L e L7G, na prevenção de doenças relacionadas com o metabolismo do colesterol. A combinação do consumo de flavonas, com a prática regular de exercício e redução da ingestão de gordura podem prevenir doenças metabólicas.