Ontogenetic development of the IGF-system and leptin in offspring of sows fed with gestation diets differing in protein content

The aim of this dissertation was to characterize leptin and the different components of the IGF-system in offspring of sows fed with different protein contents throughout pregnancy and to ascertain long term consequences caused by an inadequate nutritional environment in utero. German Landrace gilts (n=78) were fed gestation diets (~15.4 MJ ME/kg) of either low (LP, 6%; n=26), adequate (AP, 12%; n=26), or high (HP, 30%; n=24) protein content. For sampling at day 94 of gestation, 26 gilts with their fetuses were investigated. At parturition, the offspring of the remaining 52 gilts were cross fostered to nursing sows fed a standard lactation diet. Fetal and birth weight of all investigated offspring were recorded and classified into 2 different fetal body weight classes (Fbwc ≤ or > 0.65 kg) or birth weight classes (Bbwc ≤ or > 1.3 kg). In addition, the litter size of any gilt was classified into two groups (Lsgr ≤ or > 12 piglets). Blood and liver samples from 306 piglets in total were collected. In detail, fetuses of day 94 of gestation (dpc), and piglets at their 1st, 28th and 188th day of life (dpn) were sampled. Blood samples were assayed for IGF-1, IGF-2 and leptin by ELISA and for IGF binding proteins via a quantitative, non-radioactive Western ligand blotting protocol established and optimized herein. Liver samples were assayed for IGF-1 receptor by use of ELISA. The concentrations of leptin in offspring were not affected by maternal diet over all postnatal days. With the exception of dpn 1, the IGF-1 concentrations remained unchanged in response to maternal dietary treatment. Piglets born to mothers fed the LP diet had decreased IGF-1 concentrations compared to piglets born to HP mothers (P 0,65 kg) und Geburtsgewichtsklassen (Ggk ≤ oder > 1,35 kg) eingeteilt. Zusätzlich wurden die Wurfgruppengrößen klassifiziert (Wgg ≤ oder > 12). Es wurden Blut- und Leberproben von Föten des 93. Gestationstag (dpc) und Ferkeln des ersten, 28. und 188. Lebenstages (dpn) gesammelt (n=306). Die Blutproben wurden mittels ELISA auf IGF-1, IGF-2 und Leptin untersucht. Desweiteren wurden in den Blutproben die IGF-Bindungsproteine 1-4 (IGFBP 1-4) mit Hilfe eines quantitativen, nicht-radioaktiven Western Liganden Blot Protokolls gemessen, das in dieser Arbeit etabliert und optimiert wurde. Ebenfalls im ELISA wurden Leberproben auf den Gehalt an IGF-1 Rezeptor (IGF-1 R) untersucht. Die Leptinkonzentration im Blut war über alle postnatalen Tage nicht von der Diät beeinflusst. Mit der Ausnahme von dpn 1, blieb die IGF-1 Konzentration in Bezug auf die maternale Diät in utero unverändert. Ferkel von Müttern, denen die NP Diät während der Trächtigkeit gefüttert wurde, hatten eine niedrigere IGF-1-Konzentration im Blut im Vergleich zu den Nachkommen der HP Mütter (P < 0,05). Ferkel mit geringerem Geburtsgewicht zeigten ebenfalls geringere IGF-1 Konzentrationen; IGF 1 und die Geburtsgewichte korrelierten an Tag 1 positiv. Für IGF-2 konnte eine Verbindung zwischen dessen Konzentration und niedrigem fötalem Körpergewicht beobachtet werden. In Übereinstimmung mit früheren Untersuchungen, hat Nährstoffrestriktion als Modulator stärkere und profiliertere Einflüsse auf die IGF-1 als auf die IGF-2-Konzentration im Blut. Die Konzentration der IGF-Bindungsproteine wurde hauptsächlich in der frühen Entwicklung der Nachkommen durch die Nährstoffversorgung in utero beeinflusst. Am dpc 94 war IGFBP-1 in HP Föten höher als in den Nachkommen der beiden anderen Diätgruppen. Für die neugeborenen Ferkel wurde eine negative Korrelation zwischen IGF-1 und dem IGFBP-1 festgestellt; Nachkommen der NP gefütterten Mütter hatten höhere IGFBP-1 Werte; sie hatten aber auch geringere Konzentrationen an IGF-1 im Blut, als die AP und HP Ferkel. An Tag 1 und Tag 28 hatten NP Ferkel niedrigere IGFBP-2 Werte; für IGFBP-3 waren die Unterscheide aufgrund der maternalen Diät auf Tag 1 limitiert: Die Konzentration an IGFBP-3 war in den HP Ferkeln höher als in den AP Ferkeln. An keinem der Probennahmetage wurden Unterschiede in der hepatischen Konzentration des IGF-1 R in Bezug auf die Diätgruppen festgestellt. Weder die maternale Fütterungsgruppe, noch das fötale Körpergewicht oder das Geschlecht beeinflussten offensichtlich den Gehalt an IGF-1 R in der Leber an dpc 94. Diese Tatsache weist darauf hin, dass unterschiedliche Proteindiäten während der Trächtigkeit eher auf der Ebene der Liganden als auf der Ebene der Rezeptoren wirken, wenn signifikante Effekte überhaupt feststellbar waren. Trotzdem zeigen die Ergebnisse dieser Studie sehr deutlich, dass alle Effekte durch modifizierte Proteindiäten während der Trächtigkeit sich vor allem auf das pränatale und frühe postnatale Leben beschränken. Signifikante Unterschiede resultierten vornehmlich aus der Proteinrestriktion in utero, wohingegen Proteinüberschuss keine bis sehr geringe Auswirkungen auf alle getesteten Faktoren hatte. Möglicherweise kann die unzureichende Proteinversorgung während der Trächtigkeit über die Säugezeit und der anschließenden, für alle Gruppen homogenen Fütterung kompensiert werden. Das Fehlen von persistierenden Auswirkungen der maternalen, inadäquaten Ernährung während der Trächtigkeit auf das endokrine System der Nachkommen ist bezeichnend für adaptive Prozesse. Darüber hinaus unterstützen auch die Daten der Körperzusammensetzung keine, durch frühe endokrine Veränderungen hervorgerufenen, anhaltende Veränderungen.