Meat aging: the "omics" integration to the analysis of the biochemical evolution drving the muscle-to-meat conversion process
Author(s)
Lana, Alessandro
Date Issued
May 5, 2016
Type
Doctoral Thesis
Abstract
My PhD thesis is centered on the analysis of the ‘muscle-to-meat’ conversion process in the Piedmontese beef breed by an ‘omic’ approach. This process takes place when a farm animal is slaughtered and its muscles are left to a resting period, during which they develop the qualities of the final product, as to say, the eatable meat.
In my PhD thesis I have described the muscle conversion to meat throughout a 44 days – time course analysis, primarily relying on the variations of some key metabolites, and of the proteome by means of differential 1D and 2D gel electrophoresis coupled with MS protein identification. Moreover, I intertwined the classical, physical measurements for meat quality evaluation with the omic data.
After the rigor mortis (when muscle becomes meat and reaches its highest toughness), a proteolytic process takes place that promotes meat tenderization; the proteomic overview documents changes in sarcoplasmic and myofibrillar proteins. My results show the rapid impairing of creatine/phosphocreatine system, as well as of the aerobic production of ATP. Glycolysis becomes the only source of ATP for the meat cells; the increasing oxidative stress is the cause of the metabolic changes (meat cells try to counteract it), such as the increase of pentose phosphate pathway intermediates as to gain reducing power in the form of NADPH (necessary for the recovery of reduced glutathione). The statistical processing of physical and metabolomic measurements along the time points indicated the possibility to use some metabolites as markers for meat tenderness (in particular, serine, arginine and glutamate).
In the second part of my thesis, a more in-depth omic analysis showed that meat cells likely execute the apoptotic mechanisms when the oxidative stress inevitably becomes overwhelming. The proteomic results gave clues of apoptosis in the time course trend of annexin A2, Phosphatidylethanolamine Binding Protein, DJ1 protein, Heat Shock Protein B6, Adenylate Kinase,
crystalline αB, and 31 kDa actin fragment; the metabolomic results gave clues of apoptosis looking at the general metabolic behavior and at particular key metabolites (such as nitrotyrosine and taurine); the phosphoproteomic results gave clues of apoptosis in cryαB, HSPB6, myosin 2, synaptopodin 2 and in the phosphorylation of some metabolic enzymes.
La mia tesi di dottorato è focalizzata sull’analisi, tramite approccio omico, del processo di conversione del muscolo in carne nella razza bovina Piemontese. Questo processo ha inizio nel momento della macellazione dell’animale da allevamento, quando i suoi muscoli vengono lasciati ad un periodo di riposo durante il quale essi sviluppano le qualità del prodotto finale, cioè la carne commestibile.
Nella mia tesi ho descritto la conversione del muscolo a carne attraverso un’analisi temporale del periodo di frollatura (44 giorni), principalmente considerando la variazione del proteoma, attraverso gel 1D e 2D con identificazione in MS, e di alcuni metaboliti chiave. Inoltre, ho integrato i dati omici con le classiche misure fisiche adottate nella valutazione della qualità della carne.
Dopo il rigor mortis (momento in cui il muscolo diviene carne e raggiunge la sua massima durezza), ha inizio un processo proteolico che promuove l’intenerimento della carne; la panoramica proteomica testimonia cambiamenti nelle proteine miofibrillari e sarcoplasmatiche. I miei dati mostrano il rapido degrado del sistema creatina/fosfocreatina, così come della produzione aerobica di ATP. La glicolisi diviene l’unica fonte di ATP per le cellule della carne; lo stress ossidativo in costante aumento, che le cellule della carne tentano di contrastare, è la causa di stravolgimenti metabolici quali l’aumento degli intermedi della via dei pentosofosfati allo scopo di ottenere potere riducente sotto forma di NADPH (necessario al recupero di glutatione ridotto). L’elaborazione statistica dei dati fisici e metabolomici raccolti lungo alcuni punti temporali suggeriscono la possibilità di utilizzare alcuni metaboliti come marker per la tenerezza della carne (serina, arginina e glutammato in particolare).
Nella seconda parte della tesi, un’analisi omica maggiormente approfondita mostra il probabile comportamento apoptotico delle cellule della carne nel momento in cui lo stress ossidativo diviene insostenibile. I risultati proteomici hanno fornito indizi al riguardo nel trend temporale di alcune
proteine differenziali quali annessina A2, PEBP, DJ1, HSPB6, adenilato chinasi, crystalline αB, e frammento di 31 kDa dell’actina; la stessa metabolomica ha fornito indizi in questa direzione, sia nell’interpretazione del comportamento metabolico generale che di particolari metaboliti chiave (quali nitrotirosina e taurina); gli indizi forniti dalla fosfoproteomica si reggono sull’analisi temporale di cry αB, HSPB6, miosina 2, sinaptopodina 2 e di alcuni enzimi metabolici chiave.
Additional information
Dottorato di ricerca in Genetica e biologia cellulare
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