A study of potential health consequences of excessive fat deposition in Atlantic salmon

Diettene til atlantiske laks har i løpet av de siste 20 årene endret sammensetning fra å inneholde relativt lite fett og mye marine ingredienser, til dagens kommersielle dietter som er rike på fett og planteingredienser. Denne endringen i fôrsammensetning, inkludert økt nivå av plantefettsyrer, har resultert i økte fettdepoter i laksen. Overdreven fettakkumulering ved økt nivå av plantefettsyrer i visse kroppsdepoter kan bidra til en mindre robust fisk og derved være en av flere mulige årsaker til 15 til 20% dødelighet som i dag rapporteres i kommersielt oppdrett av laks i sjøfasen. Deponering og mobilisering av fett og fettløselige komponenter i ulike fettvevsdepoter er dynamiske prosesser som påvirkes av flere faktorer inkludert kjønnsmodning og sesongmessige forhold. Laks har ulike fettvev og de mest sentral er intra-abdominalt (VAT) og subkutant (SAT) fettvev. Hos pattedyr er disse forskjellige depotene funksjonelt og biologisk forskjellige fra hverandre, og de er ulikt assosiert til helse og sykdom, men hvorvidt dette også gjelder i laks er hittil ukjent. Økt innsikt i forskning rundt overvekt og livsstilsrelaterte lidelser i menneske, kan også bidra å øke forståelsen av disse vevene i laks og er grunnen til at post doktor prosjektet inkluderte et fire måneders opphold ved et av europas fremste forskningsmiljøer på fedmerelaterte lidelser i menneske ved Universitetet i Oxford. I løpet av prosjektet har vi karakterisert fettvevene VAT og SAT gjennom transkripsjonelle og funksjonelle studier. For å gjøre dette ble både in vivo og in vitro tilnærminger benyttet. Resultater fra in vivo-forsøkene viste at adipocytter fra VAT og de fra SAT var forskjellige både av utseende, i utvikling og funksjon. VAT inneholdt større celler enn SAT-depotene. Innenfor hvert vev ble det ikke observert forskjeller i cellestørrelse i forhold til fettnivået i diettene eller kjønn på fisken. En transkriptomanalyse som sammenlignet VAT og SAT avdekket vevsspesifikke genuttrykksprofiler mellom vevene. Mens SAT kjennetegnes ved høyt uttrykk av mange bindevevs-lignende gener og stamcellerekruttering, ligner VAT mer et immunorgan med høyt uttrykk av en rekke immungener. I tillegg tyder dataene på at SAT er mer dynamisk ved at dette vevet endrer transkripsjonsprofilen på grunn av sesongendringer i høyere grad enn VAT. Interessant nok var transkripsjonelle endringer i hvert vev på grunn av kjønn ubetydelig. Disse to fettdepotene ble også karakterisert in vitro. Primær adipocytt kultur for SAT ble etablert i løpet av prosjektperioden og ble sammenlignet med den allerede karakteriserte cellekulturen av VAT. Celler isolert fra SAT viste en rund form i løpet av de første dagene i kultur, mens celler fra VAT hadde et mer karakteristisk fibroblast utseende som vokste og dannet klynger i høyere grad en celler isolert fra VAT. Celler fra VAT hadde høyere kapasitet til å akkumulere fettdråper enn celler isolert fra SAT, noe som igjen indikerer at hovedfunksjonene til disse cellene er forskjellige. For bedre å forstå hvordan lipider mobiliseres, ble responsene til VAT-adipocytter undersøkt ved en fastemodell in vitro. Forsøket viste at sekresjonen av lipid i det vesentlig skjedde i form av fettsyrer forestret i triglyserider og fosfolipider som tegn på mobilisering via lipoproteintransport. VAT er også et endokrint organ, og forsøket viste økt sekresjon av leptin ved fasting. Arealet av mitokondrier i adipocytter fra VAT økte etter 3 timers faste, men etter 18 timer gikk arealet tilbake tilsvarende til det det var før faste, noe som viser den store plastisiteten til VAT og tyder videre på en viktig rolle til VAT i energimetabolismen. I prosjektet er det påvist flere forskjellige fettvevsdepoter hos laks med forskjellige egenskaper og potensielt forskjellige funksjoner relatert til for eksempel deponering og mobilisering av fett, i regulering av energiomsetning, rekruttering av stamceller og i immunforsvaret.

This project has provided new data that allow the industry to gain more detailed knowledge of the basal biological responses of the fish to new diets, fasting, and changing seasons. This knowledge is needed in order to secure production of a healthy salmon in the future. Additionally, the development of a new cell culture model from subcutaneous adipose tissue provided the framework for future mechanistic studies. A better understanding of adipocyte cell biology and adipogenesis may lead to new strategies to modulate the distribution of body fat and potentially determining metabolic health, fish robustness in general, and the role of adipose tissue in reproduction.

This project will increase the knowledge on how the levels of total fat and omega-3 fatty acids in diets influence the risk of developing obesity related disorders in Atlantic salmon at different life stages and locations along the coast. The project addresses a major challenge for the Norwegian aquaculture industry; the potential health consequences for Atlantic salmon when fed high fat diets with more than 70% plant ingredients. This recent shift in ingredients of salmon diet has resulted in increased fat depots and reduced omega-3 fatty acid levels in tissues and organs. Excessive fat deposition may result in a less robust fish and contribute to the 15- 20% mortalities found in the seawater phase. We will describe how high fat/ low protein ratios and reduced EPA+DHA levels in the diet influence the lipid deposition in different body depots of adipose tissues, liver and heart of Atlantic salmon. In addition, we will determine if the fish possess different types of adipocytes with different functions at different body locations, determine how the high lipid diets influence the number and size of fat cells, lipid filling, degree of new requirement of cells, number of mitochondria and risk of inflammation and oxidative stress. Finally, we will cultivate pre-adipocytes isolated from different fat depots in vitro and study how they are influenced by hormones, fatty acids and lipid level, and elucidate their potential role in regulation of sexual maturation and inflammatory disease. The new knowledge created in the project will give the industry knowledge of the basal biological responses of the fish to new diets, knowledge required in order to secure the production of a healthy salmon in the future.