RNA-sequencingとアンターゲットLC-MSメタボロミクスを統合し、ホルスタイン子牛の肝機能に及ぼすリジン欠乏の影響を評価した

Integrating RNA-sequencing and untargeted LC-MS metabolomics to evaluate the effect of lysine deficiency on hepatic functions in Holstein calves.

• Fanlin Kong
• Yanliang Bi
• Bing Wang
• Kai Cui
• Yuan Li
• Tong Fu
• Qiyu Diao
• Yan Tu

抄録

リジン（Lys）は主に肝臓で代謝される。ホルスタインの若い子牛の食事によるリジン欠乏が肝機能に及ぼす影響は不明である。本研究の目的は、RNA シーケンシングとアンターゲット LC-MS メタボロミクスを用いて、ホルスタインの子牛の肝臓における Lys 欠乏の影響を調査することである。子牛（n=36、初期体重 101.2±10.8kg、生後 90 日齢）に、Lys 含有量の異なる 19.2%粗タンパク質（PC 群 1.21%、PC-Lys 群 0.85%、乾物ベース）を含む制限飼料を 90 日間与えた。体重、1日平均増量、増量/給餌量、Lys摂取量はLys欠乏に応じて有意に減少した（P＜0.05）。乾物摂取量は変化しなかった（P>0.05）。ネットワークおよび経路解析の結果、ノルアドレナリン、アデノシン5'-一リン酸、アセチル-CoA、コエンザイムAが有意に減少していた。また、脂肪細胞における脂肪分解の制御経路と脂肪酸分解経路がダウンレギュレーションされていた。また、有意に異なる8つの発現遺伝子（SDEG）を同定した。そのうち、アドレナリン受容体β2（ADRB2）、WAP 4-ジスルフィドコアドメイン2（WFDC2）、クラウディン4（CLDN4）は脂肪分解の阻害と関連し、炭素異化抑制4-like（CCRN4L）、FOS like 2（FOSL2）、アルギナーゼ2（ARG2）は脂質合成の阻害と関連していた。相関検定の結果、コエンザイムAはSDEGsと強い相関を示した（0.82≤|r|≤0.96）。また、アセチル-CoAとアデノシン5'-一リン酸はCCRN4Lと強い相関があり（0.90≤|r|≤0.92）、SDEGsの変化とこれらの代謝物との間に強い相関があることが示唆された。以上のことから、Lys欠乏は、子牛の脂肪分解と脂質合成を阻害することで、肝臓の脂質代謝に影響を与え、形成不全を引き起こすことが示唆された。

Lysine (Lys) is majorly metabolized in the liver. The liver functional consequences of a dietary Lys deficiency in young Holstein calves are unknown. This study aimed to investigate the effects of Lys deficiency in Holstein calf livers using RNA-sequencing and untargeted LC-MS metabolomics. Calves (n = 36; initial body weight 101.2 ± 10.8 kg; 90-day-old) were fed restricted diets, for 90 days, containing 19.2% crude protein that varied in Lys content (PC group 1.21%; PC-Lys group 0.85%; dry matter basis) for 90 days. Body weight, average daily gain, gain/feed, and Lys intake were significantly decreased in response to Lys deficiency (P < 0.05). Dry matter intake was not altered (P > 0.05). Network and pathway analyses revealed that noradrenaline, adenosine 5'-monophosphate, acetyl-CoA, and coenzyme A were significantly decreased. Regulating of lipolysis in adipocytes pathway and fatty acid degradation pathway were downregulated. We also identified eight significantly differentially expressed genes (SDEGs), among which adrenoceptor beta 2 (ADRB2), WAP four-disulfide core domain 2 (WFDC2), and claudin-4 (CLDN4) were associated with inhibition of lipolysis, and carbon catabolite repression 4-like (CCRN4L), FOS like 2 (FOSL2), and arginase 2 (ARG2) were associated with inhibiting lipid synthesis. Correlation tests showed that coenzyme A was strongly correlated with SDEGs (0.82 ≤|r|≤ 0.96). Acetyl-CoA and adenosine 5'-monophosphate were strongly correlated with CCRN4L (0.90 ≤|r|≤ 0.92), indicating a strong correlation between the changes in SDEGs and these metabolites. In conclusion, Lys deficiency caused dysplasia and affected lipid metabolism in the liver by inhibiting lipolysis and lipid synthesis in calves.