Metabolomic-driven evaluation of processed onion in the prevention of cardiovascular and liver disease in a model of diet-induced hypercholesterolemia

Abstract

[EN]: The consumption of functional foods offers potential in the prevention and management of prevalent and worldwide diseases of concern. The known health-related properties of onion have revealed its promising value in the prevention of risk factors and reduction of symptoms associated to several diseases, including cardiovascular disease (CVD) and liver disease. This motivates the design of commercially stable onion products with a high content of phytochemicals, which includes those processed by non-thermal technologies, such as highpressure processing. However, the examination of those effects in vivo requires both the understanding of individual pathologies and the use of new high-throughput analytical tools able to provide solid scientific evidence. In this sense, metabolomics allows for phenotypecharacterization of live systems or organisms under specific conditions, where the effect of the diet can also be linked to specific metabolic patterns associated to either health status or disease evolution. The metabolome, understood as the metabolic result of a complex network of dynamic interconnected pathways, reflects the end point of gen-transcription-proteinmetabolite interactions and allows the traceability of the changes induced by both epigenetic stimuli and adaptive responses to disease development. These responses can be modulated to a big extent by medical treatments and/or diet interventions. In this context, the main purpose of this PhD Thesis was to study the potential preventive effect of high-pressure processed onion in cardiovascular and liver diseases from an innovative perspective. The assessment of biological functions and mapping of the metabolome in a model of diet-induced hypercholesterolemia has driven the research and motivated an interest to explore new approaches involving the mechanism of action and elucidate the metabolic pathways impaired by nutritional imbalance. This would contribute to generate novel hypothesis about the mechanisms of action behind the consumption of onion at the core of prevalent diseases and raise awareness about the importance of including complementary approaches that allow data integration in the experimental design. Moreover, the need to address different analytical platforms to improve the understanding of diet and supplementation in the differential phases of disease progression is discussed throughout this thesis as a sound basis to redirect future research of nutrition within integrative system biology.

[ES]: El consumo de alimentos funcionales ofrece nuevas posibilidades de estudio dirigidas a la prevención y el tratamiento de enfermedades altamente prevalentes en la población a nivel mundial. Las propiedades beneficiosas de la cebolla en la salud han mostrado potencial en la prevención de factores de riesgo y la reducción de los síntomas asociados a múltiples enfermedades, entre las que se incluyen las enfermedades cardiovasculares y hepáticas. Estas circunstancias motivan el diseño de productos de cebolla que sean comercialmente estables y con un elevado contenido en sustancias fitoquímicas, destacando para ello, la aplicación de tecnologías de procesado no térmico y más concretamente el procesado por alta presión hidrostática. No obstante, el análisis de los efectos de la cebolla in vivo requiere entender cada patología a nivel individual y el uso de tecnologías analíticas de alto rendimiento, capaces de proporcionar sólidas evidencias científicas. En este sentido, las técnicas metabolómicas permiten la caracterización fenotípica de sistemas vivos u organismos, bajo condiciones específicas, permitiendo así la asociación entre el efecto de la dieta con perfiles metabólicos específicos, asociados a un estado concreto de salud o cierta fase en la evolución de una enfermedad. El metaboloma, entendido como el resultado metabólico de un complejo entramado de rutas metabólicas interconectadas, refleja el punto final de las interacciones ocurridas entre los genes, la transcripción, la formación de proteínas y metabolitos. Este conocimiento facilita la trazabilidad de los cambios inducidos por los estímulos epigenéticos y las respuestas adaptativas en el desarrollo de cualquier enfermedad, permitiendo además considerar el grado de modulación de las respuestas fisiológicas ante tratamientos médicos combinados o no con intervenciones dietéticas. En este contexto, el objetivo principal de la presente Tesis Doctoral fue el estudio del posible efecto preventivo de un ingrediente de cebolla procesada por alta presión hidrostática en enfermedades cardiovasculares y hepáticas desde un punto de vista innovador. La evaluación de las funciones biológicas y el mapeado de los cambios inducidos en el metaboloma de un modelo animal de hipercolesterolemia inducida por la dieta han sido los temas principales de la investigación realizada en esta Tesis, explorarando nuevos enfoques sobre los cambios y alteraciones inducidas en rutas metabólicas a través de la dieta, así como en los posibles mecanismos de acción involucrados. Este enfoque facilitará la formulación de nuevas hipótesis sobre los mecanismos de acción involucrados en los efectos derivados del consumo de cebolla en la prevención y evolución de enfermedades altamente prevalentes. Además, los resultados obtenidos demuestran la necesidad e importancia de integrar simultáneamente distintos enfoques experimentales, desde el diseño experimental hasta la posterior integración de los datos y su interpretación. A lo largo de esta Tesis se discute la necesidad de utilizar diferentes plataformas analíticas para mejorar el conocimiento sobre el efecto de una dieta y la suplementación en diferentes fases de la intervención y de la progresión de una enfermedad, como las bases fundamentales para redirigir futuras investigaciones en nutrición hacia el estudio integral de sistemas biológicos.