Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Chronic effects of Fusarium-mycotoxins in rations with different concentrate proportions on gene expression of muscular and hepatic glucose transporters and insulin receptors as well as of hepatic enzymes relevant for energy metabolism in lactating dairy cows

Kinoshita, Asako

Background: Deoxynivalenol (DON) is a mycotoxin produced by Fusarium spp. which is detected frequently in stored grain. The cytotoxicity of DON is explained by the ribotoxic effects of DON. DON binds to ribosomes and has the potential to influence translation and transcription of genes. Ruminants are less sensitive to DON-intoxication than monogastrics, because DON is almost completely degraded to mush less toxic de-epoxy-deoxynivalenol (DOM-1) by rumen microbes. However, it is assumed that ruminal DON degradation may be suppressed if high dietary concentrate proportions are fed. DON may have also cummulative toxic effects when cows are exposed over long periods to DON contaminated diets. Objective: To investigate effects of long lasting dietary DON intake on energy metabolism in dairy cows fed diets with different concentrate levels. Material and methods: 27 German Holstein cows were assigned into two groups and fed with a control (Con) or mycotoxin-contaminated diet (Myc, 5.3mg/kg DM DON and 112.7µg/kg DM Zearalenon) for 11 weeks (period 1). In the following 16 weeks each group was further divided and fed either a diet containing 30% or 60% concentrate (Con30, Con60, Myc30: 4.4mg/kg DM DON and 73.8µg/kg DM Zearalenon, Myc60, 4.6mg/kg DM DON and 72.5 µg/kg DM Zearalenon; period 2). Blood samples were taken in week 0, 4, 8, 15, 21, 27 and analyzed for glucose, BHB, NEFA, insulin, urea, total bilirubin, AST, GLDH and GGT. From serum insulin, NEFA and plasma glucose the Revised Quantitative Insulin Sensitivity Check Index (RQUICKI) was calculated. Muscular (M. semitendinosus, M. biceps femoris, M. semimembranosus) and hepatic biopsy samples were taken on week 0, 15 and 27. Real-time RT-PCR was performed to measure the amount of mRNA for four genes in muscle and 20 genes in liver. Genes were related to glucose transport, insulin reception, gluconeogenesis, catabolic and anabolic fatty acid metabolism. The total crude membrane fraction of muscle tissue was isolated and the amount of SLC2A4 protein was measured by western blot. Results: Analysis of blood samples revealed indications for reduced insulin sensitivity as assessed by RQUICKI and possibly disturbance of hepatic cell integrity in cows after long term DON ingestion. Chronic DON exposure increased mRNA expression of SLC2A1 and decreased mRNA expressions of SCL2A4 and IRA and IRB in muscle. DON intake resulted in depressed mRNA transcription of hepatic PC and FBP1, enzymes involved in hepatic gluconeogenesis. DON exposure affected fatty acid metabolism by down-regulation of mRNA expression of hepatic CPT1A. The study revealed no consistent evidence that DON effects were modified by high dietary concentrate levels. Conclusion: Long term exposure to dietary DON contaminated diets appears to have mild effects on energy metabolism in lactating dairy cows. 

Hintergrund: Deoxynivalenol (DON) ist ein Fusariumtoxin, das in gelagertem Getreide häufig nachgewiesen wird. Die Zytotoxizität von DON wird auf seine ribotoxischen Effekte zurückgeführt. DON bindet sich an das Ribosom und beeinflusst Transkription und Translation. Wiederkäuer sind relativ resistent gegen eine DON-Vergiftung, da DON zum größten Teil durch die Pansenfermentation in das wesentlich weniger toxische de-epoxy-DON (DOM-1) umgewandelt wird. Nur etwa 1% des aufgenommenen DON wird absorbiert. Allerdings wird vermutet, dass durch hohe Anteile von Kraftfutter in Rationen die ruminale Entgiftungskapazität von DON vermindert sein kann. Bislang liegen keine Informationen vor, welche Auswirkungen DON kontaminierte Rationen auf den Intermediärstoffwechsel von Milchkühen haben. Auch die Effekte einer längerfristigen Verfütterung von DON kontaminierten Rationen an Milchkühe sind bis heute unzureichend untersucht. Ebenso wenig wurde geprüft, ob DON kontaminierte Rationen bei Vorliegen unterschiedlicher Konzentratanteile in der Ration in ihren Effekten unterschiedlich sind. Ziel der Arbeit war es daher zu untersuchen, welche Effekte die chronische Aufnahme von DON auf den Intermediärstoffwechsel bei Vorliegen unterschiedlicher Konzentratanteile in Rationen haben. Material und Methoden: 27 Deutsche Holstein Kühe wurden in eine Kontrollgruppe (Con) und eine Versuchsgruppe (Myc) eingeteilt. Die Tiere erhielten über 11 Wochen (Versuchsabschnitt 1) entweder eine Kontrollration oder eine mit Mykotoxinen kontaminierte Ration (5,3 mg/kg TM DON, 112,7 µg/kg TM Zearalenon). In den anschließenden 16 Wochen wurde jede Gruppe wiederum in je zwei Untergruppen geteilt, die entweder 30 oder 60% Konzentratanteil in der Fütterung erhielten (Con30, Con60, Myc30: 4,4 mg/kg TM DON, 73,8 µg/kg TM Zearalenon, Myc 60: 4,6 mg/kg TM DON, 72,5 µg/kg TM Zearalenon; Versuchsabschnitt 2). Zu Beginn der Untersuchungen sowie in Woche 4, 8, 15, 21 und 27 wurden Blutproben entnommen, in denen Glukose, BHB, freie Fettsäuren, Insulin, Harnstoff, Gesamtbilirubin, AST, GLDH und GGT gemessen wurden. Ferner wurde der Revised Quantitative Insulin Sensitivity Check Index (RQUICKI) berechnet. Muskel- (M. semitendinosus, M. biceps femoris, M. semimembranosus) und Leberbiopsien wurden zu Beginn der Untersuchungen sowie in den Wochen 15 und 27 entnommen. Die mRNA-Expression von vier Genen in der Muskulatur sowie 20 Genen in der Leber wurde mittels quantitativer RT-PCR ermittelt. Die ausgewählten Gene betrafen den Glucosetransport sowie die Insulinrezeption in Muskel- und Lebergewebe sowie die hepatische Gluconeogenese, Ketogenese, sowie Fettsäuresynthese und Fettsäureveresterung. Der Gehalt an SLC2A4 Protein im Muskel wurde mittels Western Blot gemessen. Ergebnisse: Die tägliche Aufnahme an DON wurde in Myc Gruppen auf etwa 0,2 mg/kg Körpergewicht geschätzt. In dieser Dosis hatte DON bei Verabreichung über 27 Wochen im Vergleich zu Kontrolltieren die folgenden Effekte: Die Insulinsensitivität war vermindert, die mRNA expression von SCL2A1 war erhöht, die von SCL2A4 sowie IRA und IRB im Muskelgewebe vermindert, die hepatische mRNA expression von PC und FBP1, zwei Enzymen der Gluconeogenese, sowie die von CPT1A war reduziert. Die Ergebnisse ergaben keine konsistenten Anhaltspunkte, dass DON Effekte durch den Konzentratanteil in den Rationen beeinflusst waren. Schlussfolgerung: Eine langhaltende Aufnahme von DON kontamierten Rationen scheint Einfluss auf den Intermediärstoffwechsel von Milchkühen zu haben.

Quote

Citation style:

Kinoshita, Asako: Chronic effects of Fusarium-mycotoxins in rations with different concentrate proportions on gene expression of muscular and hepatic glucose transporters and insulin receptors as well as of hepatic enzymes relevant for energy metabolism in lactating dairy cows. Hannover 2011. Tierärztliche Hochschule.

Rights

Use and reproduction:
All rights reserved

Export