Physiological and metabolic adaptations to different photoperiods: effects of obesity and seasonal fruit consumption

Abstract

Històricament, la coexistència d’animals i plantes ha comportat el desenvolupament d’un fenomen adaptatiu recentment definit per la teoria de la xenohormesi. Aquesta, postula que els fitoquímics sintetitzats per plantes en estat d’estrès podrien ser reconeguts pels heteròtrofs que els consumeixen, sent informats sobre les condicions ambientals en les quals han crescut aquestes plantes i permetent una adaptació favorable als canvis no predictius en l’ambient. Per tant, cada planta conté una composició distintiva de fitoquímics que informa sobre l’estat de l’entorn. L’objectiu principal d’aquesta tesi va ser avaluar si el consum de fruita fora de temporada induiria una senyalització errònia, promovent efectes perjudicials en la fisiologia i el metabolisme en rates Fischer 344 normopès i obeses, mitjançant l’anàlisi de paràmetres relacionats amb el metabolisme glucídic i lipídic en sang, fetge i múscul esquelètic. Per assolir aquest objectiu, vam caracteritzar les adaptacions fisiològiques i metabòliques a l’exposició crònica a diferents fotoperíodes, els quals simulen les variacions estacionals en la durada del dia, en condicions de normopès i obesitat. Posteriorment, vam avaluar els efectes del consum de cirera, una fruita rica en antocianines i cultivada a la primavera/estiu, en un fotoperíode curt i llarg, simulant hivern i estiu, respectivament. Els resultats van revelar que l’exposició crònica a diferents fotoperíodes indueix canvis en diferents paràmetres fisiològics i metabòlics en rates normopès i obeses, afectant majoritàriament al metabolisme glucídic i lipídic i a la senyalització d’insulina. D’altra banda, vam concloure que el consum de cirera indueix efectes dependents del fotoperíode, promovent efectes més pronunciats, i en certa mesura, més deleteris sobre el metabolisme de la glucosa i la senyalització d'insulina en rates normopès i obeses quan es consumeix fora de temporada. Aquests resultats podrien contribuir a destacar la rellevància del consum de fruites de temporada en el manteniment d’una salut òptima.

Históricamente, la coexistencia de animales y plantas ha comportado el desarrollo de un fenómeno adaptativo recientemente definido por la teoría de la xenohormesis. Ésta, postula que los fitoquímicos sintetizados por las plantas en estados de estrés podrían ser reconocidos por los heterótrofos que los consumen, siendo informados sobre el estado del entorno y permitiendo una adaptación favorable a los cambios no predictivos en el ambiente. Por lo tanto, cada planta contiene una composición distintiva de fitoquímicos que informa sobre las condiciones del entorno. El objetivo principal de esta tesis fue evaluar si el consumo de fruta fuera de temporada induciría una señalización errónea, promoviendo efectos perjudiciales en la fisiología y el metabolismo en ratas Fischer 344 normopeso y obesas, mediante el análisis de parámetros relacionados con el metabolismo glucídico y lipídico en sangre, hígado y músculo esquelético. Para alcanzar este objetivo, caracterizamos las adaptaciones fisiológicas y metabólicas a la exposición crónica a diferentes fotoperiodos, los cuales simulan las variaciones estacionales en la duración del día, en condiciones de normopeso y obesidad. Posteriormente, evaluamos los efectos del consumo de cereza, una fruta rica en antocianinas y cultivada en primavera/verano, en un fotoperiodo corto y largo, simulando invierno y verano, respectivamente. Los resultados revelaron que la exposición crónica a diferentes fotoperiodos induce cambios en parámetros fisiológicos y metabólicos en ratas normopeso y obesas, afectando mayoritariamente al metabolismo glucídico y lipídico y a la señalización de insulina. Por otra parte, concluimos que el consumo de cereza induce efectos dependientes del fotoperiodo, promoviendo efectos más pronunciados, y en cierta medida, más deletéreos sobre el metabolismo glucídico y la señalización de insulina, en ratas normopeso y obesas cuando se consume fuera de temporada. Estos resultados podrían contribuir a destacar la importancia del consumo de frutas de temporada en el mantenimiento de una salud óptima.

Through evolutionary history, the coexistence of animals and plants have led to the development of an adaptive phenomenon that has been recently explained by the xenohormesis theory. This theory postulates that the phytochemicals synthesized by stressed plants could be recognized as signals by the heterotrophs that consume them, being informed about the external conditions in which plants were harvested and allowing them to favorably adapt to unpredictable changes in the environment. Thus, each plant contains a distinctive phytochemical composition informing about the environmental status. In this framework, the main aim of the present thesis was to evaluate whether fruit consumption out of season would induce an erroneous signaling, leading to detrimental effects on physiology and metabolism of normoweight and cafeteria-fed obese Fischer 344 rats, by analyzing glucose and lipid metabolism-related parameters in blood, liver and skeletal muscle. To achieve this objective, we firstly characterized the physiological and metabolic adaptations to the chronic exposure to different photoperiods, which resembled seasonal variations in day length, in normoweight and obesogenic conditions. Once characterized, we evaluated the effects of the consumption of sweet cherry, a popular anthocyanin-rich fruit harvested in spring/summer, in short and long photoperiods resembling winter and summer, respectively. Firstly, we reported that the chronic exposure to different photoperiods induces several variations in physiological and metabolic parameters in normoweight and diet-induced obese rats, mainly affecting glucose and lipid metabolism and insulin signaling. Secondly, we revealed that cherry intake induces marked photoperiod-dependent effects, promoting more pronounced and, to some extent, more negative effects concerning glucose metabolism and insulin signaling in normoweight and diet-induced obese F344 rats when it was consumed out of season. These findings could contribute to highlighting the importance of the consumption of seasonal fruits to maintain an optimal health.