Pre- and postnatal adipose tissue development in farm animals: from stem cells to adipocyte physiology

To view supplementary material for this article, please visit http://dx.doi.org/10.1017/S1751731116000872Both white and brown adipose tissues are recognized to be differently involved in energy metabolism and are also able to secrete a variety of factors called adipokines that are involved in a wide range of physiological and metabolic functions. Brown adipose tissue is predominant around birth, except in pigs. Irrespective of species, white adipose tissue has a large capacity to expand postnatally and is able to adapt to a variety of factors. The aim of this review is to update the cellular and molecular mechanisms associated with pre- and postnatal adipose tissue development with a special focus on pigs and ruminants. In contrast to othertissues, the embryonic origin of adipose cells remains the subject of debate. Adipose cells arise from the recruitment of specific multipotent stem cells/progenitors named adipose tissue-derived stromal cells. Recent studies have highlighted the existence of a variety of those cells being able to differentiate into white, brown or brown-like/beige adipocytes. After commitment to the adipocyte lineage, progenitors undergo large changes in the expression of many genes involved in cell cycle arrest, lipid accumulation and secretory functions. Early nutrition can affect these processes during fetal and perinatal periods and can also influence or pre-determinate later growth of adipose tissue. How these changes may be related to adipose tissue functionalmaturity around birth and can influence newborn survival is discussed. Altogether, a better knowledge of fetal and postnatal adipose tissue development is important for various aspects of animal production, including neonatal survival, postnatal growth efficiency and health

Les approches complémentaires à l’expérimentation animale en agronomie et clinique vétérinaire : Solutions et limites

En France, l’utilisation des animaux à des fins scientifiques fait l’objet d’une réglementation stricte depuis plus de 25 ans. Son évolution s'effectue principalement dans un cadre européen. La directive 86/609 visait ainsi à l'harmonisation des pratiques entre les Etats membres. En France, comme en Europe, les textes réglementaires sur la protection animale et l’utilisation de l’animal en expérimentation sont de plus en plus exigeants. La directive 2010/63/UE du Parlement Européen et du Conseil du 22 septembre 2010 relative à la protection des animaux utilisés à des fins scientifiques a fortement renforcé les exigences vis-à-vis de l’utilisation des animaux. Cette nouvelle directive s'attache plus particulièrement aux mesures concernant l’évolution du nombre d’animaux utilisés à des fins scientifiques et éducatives, cette utilisation « demeurant nécessaire pour protéger la santé humaine, la santé animale et l'environnement ». Le corpus réglementaire fait de la diminution du nombre d’animaux en expérimentation un défi majeur de la société scientifique. Des méthodes modernes telles que les méthodes in vitro, in silico et de modélisation permettent actuellement de diminuer le nombre d’animaux en expérimentation animale et d’être complémentaires à ces expérimentations. Ces méthodes sont en plein essor et il reste encore de nombreuses découvertes à faire afin de pouvoir répondre à plus de questions scientifiques par des méthodes alternatives

Etude consommateurs sur les produits traditionnels de porcs de race locale : attentes et évaluation hédonique

Assessing consumers’ acceptability of traditional pork products (TPP) from local breeds is part of evaluating the sustainability of local chains. Expectations and hedonic perception of Protected Designation of Origin (PDO) Noir de Bigorre (NB) dry-cured ham produced from the pure Gascon breed were assessed. The study was conducted in Toulouse (France), as an expanding market for TPP, with 124 consumers who regularly purchased TPP (quota sampling method). Three products were used: “NB-PDO dry-cured ham 24-month curing – local pig breed in extensive system” (NB24), “NB-PDO dry-cured ham 36-month curing – local pig breed in extensive system” (NB36) as an innovative TPP to enhance sensory quality, and “Iberian ham – 50% Iberian pig” (IB) as a competing product. Following the expectation disconfirmation theory, the sensory test included three phases: blind (tasting without information), expected (product description only) and actual liking (tasting with information), using a 9-point scale from 1 (extremely dislike) to 9 (extremely like). Data were analysed using a mixed linear model including the effects of product, phase, interaction between product and phase, consumer session as random, and considering repeated measures within consumer. The blind hedonic test showed no differences (P>0.05) among products, which all had high blind liking scores (6.7-6.8). Product description strongly influenced expected liking (P<0.001), with a higher score for NB36 than NB24 (7.8 vs 7.2, respectively, P<0.05) and the lowest score for IB (5.2). The informed hedonic test showed higher actual liking scores for NB36 and NB24, which were similar, than for IB (7.4 and 7.2 vs 5.9, respectively, P<0.001). Both NB hams had higher actual liking than blind liking scores (P<0.05), denoting a positive effect of information on acceptability. Actual liking was similar to expected liking for NB24, indicating fulfilment of hedonic expectations. In contrast, actual liking was lower than blind liking for IB (P<0.05). This study will be supplemented by a study of consumer preferences and willingness to pay.Postprint (published version

Etude consommateurs sur les produits traditionnels de porcs de race locale : attentes et évaluation hédonique

Assessing consumers’ acceptability of traditional pork products (TPP) from local breeds is part of evaluating the sustainability of local chains. Expectations and hedonic perception of Protected Designation of Origin (PDO) Noir de Bigorre (NB) dry-cured ham produced from the pure Gascon breed were assessed. The study was conducted in Toulouse (France), as an expanding market for TPP, with 124 consumers who regularly purchased TPP (quota sampling method). Three products were used: “NB-PDO dry-cured ham 24-month curing – local pig breed in extensive system” (NB24), “NB-PDO dry-cured ham 36-month curing – local pig breed in extensive system” (NB36) as an innovative TPP to enhance sensory quality, and “Iberian ham – 50% Iberian pig” (IB) as a competing product. Following the expectation disconfirmation theory, the sensory test included three phases: blind (tasting without information), expected (product description only) and actual liking (tasting with information), using a 9-point scale from 1 (extremely dislike) to 9 (extremely like). Data were analysed using a mixed linear model including the effects of product, phase, interaction between product and phase, consumer session as random, and considering repeated measures within consumer. The blind hedonic test showed no differences (P>0.05) among products, which all had high blind liking scores (6.7-6.8). Product description strongly influenced expected liking (P<0.001), with a higher score for NB36 than NB24 (7.8 vs 7.2, respectively, P<0.05) and the lowest score for IB (5.2). The informed hedonic test showed higher actual liking scores for NB36 and NB24, which were similar, than for IB (7.4 and 7.2 vs 5.9, respectively, P<0.001). Both NB hams had higher actual liking than blind liking scores (P<0.05), denoting a positive effect of information on acceptability. Actual liking was similar to expected liking for NB24, indicating fulfilment of hedonic expectations. In contrast, actual liking was lower than blind liking for IB (P<0.05). This study will be supplemented by a study of consumer preferences and willingness to pay.Postprint (published version

Apport des outils cellulaires pour étudier la croissance musculaire chez le porc

The aim of the present work was to investigate the features of satellite cells and other adult stem cells in skeletal muscle. Satellite cells are located between the basal membrane and the sarcolemma of each muscle fiber. First, we developed a mode! based on muscle satellite cell c ulture to investigate the regulation of adult Myosin Heavy Chain (MyHC) isoform expression in pig muscle. Satellite cells were harvested from the mostly fast-twitch glycolytic longissimus (LM) muscle collected at the fast rib leve!, and the predominantly slow-twitch oxidative rhomboideus (RM) muscle of 6-week-old piglets. Then, we investigated more extensively the features of ali adult stem cells in both muscles of growing and adult pigs using flow cytometry. The first study demonstrated that satellite cells from LM and RM only expressed the embryonic and fetal MyHC isoforms in ce li culture, without any of the adult MyHC isoforms expressed in vivo. The second study clearly indicated that adult stem cells from pig skeletal muscles expressed a panel of stem ce li markers exhibiting age-related changes

The biology of adipose tissue in non-ruminants: renewed interests in oxido-reduction pathways

White adipose tissue (WAT) comprises large fat depots interspersed in the body and plays a major role in energy homeostasis. This primary function related to lipid metabolism and mainly ensured by cytosolic enzymes acting in lipid synthesis or triacylglycerol hydrolysis is well documented in the literature. WAT is also characterized by a low number of mitochondria compared with brown adipose tissue, a fat depot specialized in heat production. Therefore, the relevance of mitochondria in WAT metabolism and how their metabolism could impact whole-body energy homeostasis have received only limited interests, especially in species such as pigs lacking UCP1, the hallmark of brown adipocytes. Recently, several high-throughput studies have revealed that mitochondrial genes playing roles in fatty acid beta-oxidation, energy oxido-reduction or response to oxidative stress were regulated in WAT following genetically- and environmentally-induced variations in animal’s growth efficiency and body fat mass. Activities of some of the encoded enzymes were also modulated, suggesting actual modifications in adipocyte physiology. Moreover, the abundance of proteins acting in oxidation or antioxidant processes exhibited significant differences along WAT development in pig fetuses. Finally, experiments on porcine preadipose cells harvested from WAT showed that adipogenesis and reactive oxygen species production in adipocytes can be modulated by exogenous antioxidant substances. Thus, a renewed interest in mitochondrial oxido-reduction metabolism in WAT may be useful for a better control of adipose tissue features in animal production

Comportement des populations de cellules souches adultes dans les tissus musculaires et adipeux chez l'animal en croissance et modèle mathématique

National audienceDepuis peu, la manipulation des cellules souches adultes est considérée comme une nouvelle solution pour contrôler le nombre et les types de cellules différenciées dans un tissu. L’implication de ces cellules chez l’animal en croissance reste largement à caractériser. L’objectif de notre étude est d’analyser le comportement de cellules souches adultes, lors de la prolifération et la différenciation de ces dernières, dans différents tissus du porc en croissance ; les tissus étudiés étant le tissu musculaire et adipeux. Ce projet est porté à la fois par l'INRA (Institut National de la Recherche Agronomique) situé à Saint-Gilles, et par l'IRMAR (Institut de Recherche Mathématiques de Rennes). Les enjeux de cette étude étaient d'obtenir des informations supplémentaires sur le comportement des cellules souches pour pouvoir avoir une meilleure compréhension de la variabilité de la composition corporelle chez les porcs en croissance. Cette étude a permis de modéliser le comportement des populations de cellules souches adultes lors de la prolifération et la différenciation. Une analyse du modèle complet a également permis d'avoir un aperçu du comportement des populations de cellules lorsque la prolifération et la différenciation se font au même moment. En effet, une telle analyse était impossible in vitro car on ne peut observer les deux phénomènes en même temps. Cette étude a également permis d'obtenir des données supplémentaires à partir d'articles déjà parus ou d'expérimentations faites sur ces modèles cellulaires. On connait par exemple le temps de division cellulaire global des cellules souches adultes dans le muscle et le tissu adipeux. L'étude menée ici a permis aux chercheurs d'appréhender différemment les méthodes d'analyse et de regarder une dynamique pour observer l'état des cellules au cours de leur prolifération puis de leur différenciation

The biology of adipose tissue in non-ruminants: renewed interests in oxido-reduction pathways

White adipose tissue (WAT) comprises large fat depots interspersed in the body and plays a major role in energy homeostasis. This primary function related to lipid metabolism and mainly ensured by cytosolic enzymes acting in lipid synthesis or triacylglycerol hydrolysis is well documented in the literature. WAT is also characterized by a low number of mitochondria compared with brown adipose tissue, a fat depot specialized in heat production. Therefore, the relevance of mitochondria in WAT metabolism and how their metabolism could impact whole-body energy homeostasis have received only limited interests, especially in species such as pigs lacking UCP1, the hallmark of brown adipocytes. Recently, several high-throughput studies have revealed that mitochondrial genes playing roles in fatty acid beta-oxidation, energy oxido-reduction or response to oxidative stress were regulated in WAT following genetically- and environmentally-induced variations in animal’s growth efficiency and body fat mass. Activities of some of the encoded enzymes were also modulated, suggesting actual modifications in adipocyte physiology. Moreover, the abundance of proteins acting in oxidation or antioxidant processes exhibited significant differences along WAT development in pig fetuses. Finally, experiments on porcine preadipose cells harvested from WAT showed that adipogenesis and reactive oxygen species production in adipocytes can be modulated by exogenous antioxidant substances. Thus, a renewed interest in mitochondrial oxido-reduction metabolism in WAT may be useful for a better control of adipose tissue features in animal production

Dietary extra hydroxyl-methionine supply: associated changes in muscle biological processes in finishing pigs

Dietary extra hydroxyl-methionine supply: associated changes in muscle biological processes in finishing pig

Dynamiques d'expressions et architecture nucléaire des gènes IGF2 et de DLK1 pour une meilleure compréhension de la balance myogenèse/adipogenèse dans l'espèce porcine

National audienceNotre objectif est de caractériser le rôle de l’architecture nucléaire dans la régulation de l'expression de gènes d’intérêt pendant l’adipogénèse et la myogenèse. Il a été choisi d’étudier à la fois la dynamique d’expression des gènes IGF2 et DLK1 (gènes clés dans le développement des tissus adipeux et musculaires) et l’organisation nucléaire de ces gènes au cours de la prolifération puis de la différenciation des populations de cellules stromales/souches adultes issues du tissu adipeux sous-cutané ou du muscle longissimus de porcelets, pour mieux comprendre les mécanismes impliqués dans la balance muscle/gras chez le porc. En effet, il a été montré que l’architecture nucléaire est impliquée dans la régulation de l'expression de nombreux gènes pendant l’adipogénèse (Charo et al., 2016) et la myogenèse y compris chez le porc (Lahbib-Mansais et al., 2016). Cependant, il n’y a pas d’études qui caractérisent la régulation d’IGF2 et DLK1 dans des populations de cellules souches des tissus musculaires et adipeux, triées en fonction de leurs capacités myogéniques ou adipogéniques, et selon le tissu où elles résident. A PEGASE, nous avons testé dans une précédente étude un panel de marqueurs permettant de phénotyper les cellules musculaires et adipeuses et visant à aller plus loin dans la discrimination des cellules satellites (CD56+/CD45-) et des cellules fibroadipogéniques (CD56-/CD45-). Au stade précoce auquel nous récupérons les cellules de porcelets (5-7 jours), les marqueurs CD56 (marqueur myogénique, présent à la fois dans le muscle et le tissu adipeux) et CD45 (marqueur hématopoïétique) paraissent les plus pertinents. Pour cette étude, les variations 1) d’expression génique (partenaire 1, PEGASE) et 2) d’association génique lors d’étude d’architecture nucléaire (partenaire 2, GenPhySE) sont étudiées sur les cellules isolées des tissus prélevés sur des porcelets (Landrace x Large White x Piétrain, femelles) de 5 jours. Cette approche a nécessité de développer des systèmes de culture sur lame de verre qui préservent la structure 3D (sur Matrigel). La culture sur verre nous a confronté à des difficultés d’adhérence des cellules, surtout lors de leur différenciation, certainement en lien avec la migration cellulaire et la réorganisation intracellulaire inhérente à ces modèles de culture. L’étude sur cellules triées n’a pas été poursuivie. En effet, les cellules CD56- n’adhérant pas sur lame de verre, nous avons décidé de travailler sur l’ensemble des cellules stromales sans tri préalable en réalisant des mesures sur un point au cours de la prolifération et sur deux points au cours de la différenciation. A GenPhySE, les premiers résultats d’association génique entre IGF2-DLK1 ont été montrés dans des noyaux de cellules souches non triées issues de tissu adipeux, au stade de prolifération (Jour 3). L’observation en microscopie confocale des noyaux marqués à l’aide de deux molécules fluorescentes distinctes pour chacun des gènes, a permis de mettre en évidence une association ADN-ADN entre un allèle de chacun des gènes. Pour conclure, il a été difficile de transposer les systèmes de culture cellulaire utilisés précédemment à des systèmes de culture sur lame de verre permettant de préserver la structure 3D des cellules et de réaliser les analyses FISH 3D et la microscopie confocale. Des analyses d’association génique et d’expression de gènes cibles dont IGF2 et DLK1 par qPCR sont toujours en cours et les dernières analyses sont prévues pour le printemps 2022