| License: Publishing license for publications excluding print on demand (10MB) |
- URN to cite this document:
- urn:nbn:de:bvb:355-epub-117921
- DOI to cite this document:
- 10.5283/epub.11792
| Item type: | Thesis of the University of Regensburg (PhD) |
|---|---|
| Date: | 19 February 2010 |
| Referee: | Prof. Charalampos Aslanidis and PD Dr. Christa Büchler |
| Date of exam: | 11 December 2009 |
| Institutions: | Medicine > Lehrstuhl für Klinische Chemie und Laboratoriumsmedizin Biology, Preclinical Medicine |
| Keywords: | viserales Fettgewebe, Adipozytokine, Typ 2 Diabetes mellitus, AOX1, SOD2, Annexin A6, Omentin, Galectin 3, Chemerin, CMKLR1, visceral adipose tissue, adipokines, type 2 diabetes mellitus |
| Dewey Decimal Classification: | 500 Science > 570 Life sciences |
| Status: | Published |
| Refereed: | Yes, this version has been refereed |
| Created at the University of Regensburg: | Yes |
| Item ID: | 11792 |
Abstract (German)
Die Adipositas, insbesondere das Vorliegen einer viszeralen Adipositas, ist mit einem erhöhten Risiko für metabolische und kardiovaskuläre Erkrankungen verbunden. Das Ziel dieser Arbeit war es, durch einen Vergleich von gepaarten Proben humanen subkutanen und viszeralen Fettgewebes neue Adipozytokine, welche vermehrt vom viszeralen Fettgewebe synthetisiert werden, zu identifizieren und ...
Abstract (German)
Die Adipositas, insbesondere das Vorliegen einer viszeralen Adipositas, ist mit einem erhöhten Risiko für metabolische und kardiovaskuläre Erkrankungen verbunden. Das Ziel dieser Arbeit war es, durch einen Vergleich von gepaarten Proben humanen subkutanen und viszeralen Fettgewebes neue Adipozytokine, welche vermehrt vom viszeralen Fettgewebe synthetisiert werden, zu identifizieren und anschließend genauer zu charakterisieren.
Hierfür wurden gepaarte humane subkutane und viszerale Fettgewebsproben und primäre humane Präadipozyten und Adipozyten verwendet, sowie Fettgewebsproben von C57BL/6 Mäusen, Hochfettratten und Zuckerratten und die murine Adipozytenzelllinie 3T3-L1. Des Weiteren wurden die sezernierten Adipozytokine im Serum von normalgewichtigen, übergewichtigen und diabetischen Probanden und im portalvenösen und systemisch venösen Serum von humanen Spendern bestimmt.
Es wurden sechs Proteine untersucht. Aldehydoxidase 1 (AOX1) und Superoxid-Dismutase 2 (SOD2) sind zwei der wichtigsten Enzyme für die Regulation zellulärer ROS. Galectin 3 und Chemerin regulieren die Funktion von Immunzellen und sind bei entzündlichen Erkrankungen erhöht. Annexin A6 beeinflusst die Aufnahme und zelluläre Verteilung von Cholesterin. Omentin war bereits als ein vermehrt vom viszeralen Fettgewebe freigesetztes Adipokin beschrieben.
In den gepaarten subkutanen und viszeralen Fettgewebsproben von zehn Spendern konnte eine stärkere Expression von Annexin A6, Omentin und Galectin 3 im viszeralen Fettgewebe sowie eine stärkere Expression von SOD2 im subkutanen Fettgewebe nachgewiesen werden. Dieses Expressionsmuster war auch im subkutanen und viszeralen Fettgewebe von C57BL/6 Mäusen zu detektieren. Die Expression von AOX1 war im humanen Fettgewebe individuell sehr unterschiedlich und zeigte keine Präferenz für ein Fettgewebsdepot. Eine Expression von Chemerin und chemokine-like receptor 1 (CMKLR1) konnte in den humanen Fett-gewebsproben nicht detektiert werden. Daneben wurde in den humanen Proben eine höhere Expression von Phosphatidylinositol-3-Kinase und CD163 im viszeralen und von Adiponektin, Adipophilin, Apolipoprotein E und Flotillin 1 im subkutanen Fettgewebe festgestellt.
Eine vermehrte Expression in der Adipositas konnte im Tiermodell der Hochfettratte für SOD2, Annexin A6 und Omentin nachgewiesen werden. Die Expression von AOX1 hingegen nahm ausschließlich im Fettgewebe adipöser als auch insulinresistenter Ratten ab, begleitet von einer gleichzeitigen Reduktion von peroxisome proliferator-activated receptor gamma (PPARγ), und dieses Expressionsmuster konnte im Tiermodell der Zuckerratte bestätigt werden. Auf Grund einer Induktion von Annexin A6 im subkutanen Fettgewebe der insulinresistenten Zuckerraten kam es zudem zu einem Verlust des fettdepotspezifisch differenziellen Expressionsmusters.
Im Verlauf der Differenzierung von murinen 3T3-L1 Zellen zu Adipozyten konnte eine frühe Expression von AOX1 und peroxisome proliferator-activated receptor alpha (PPARα) am Tag 1 und Tag 2 der Adipogenese nachgewiesen werden, während die Expression des intermediären Differenzierungsmarkers PPARγ erst an Tag 3 und Tag 6 der Differenzierung anstieg. Die Expression von Annexin A6 und SOD2 nahm im Verlauf der neuntägigen Differenzierung stetig zu, wobei die Induktion von SOD2 wesentlich stärker war. Die Expression von Chemerin wurde hingegen ausschließlich in reifen Adipozyten induziert, während dessen Rezeptor CMKLR1 ausschließlich am ersten Tag der Adipogenese verstärkt exprimiert wurde. Lediglich für Galectin 3 wurde eine stärkere Expression in Präadipozyten detektiert. In primären humanen Präadipozyten und Adipozyten konnte eine Zunahme von AOX1, SOD2, Annexin A6 und Chemerin in den reifen Adipozyten bestätigt werden. Im Gegensatz zu den Ergebnissen in der Zelllinie war in den humanen Adipozyten auch die Expression von Galectin 3 und CMKLR1 in den reifen Zellen induziert. Des Weiteren zeigte sich eine vermehrte Expression von fatty acid-binding protein 4 (FABP4), stearoyl-CoA desaturase 1 (SCD1), ApoE, PI3K, Flotillin 1 und β-Aktin in den reifen humanen Adipozyten. Eine Stimulation mit Fettsäuren oder Endotoxin, welche in der Adipositas systemisch erhöht sind, führte zu einer Induktion der Expression von SOD2, Galectin 3 und Chemerin in 3T3-L1 Adipozyten. Insulin als auch hyperglykämische Mengen Glukose waren in der Lage Chemerin in Adipozyten zu reduzieren und CMKLR1 zu induzieren. Galectin 3 wurde durch Insulin jedoch nicht durch Glukose erhöht. Unter hyperglykämischen Bedingungen zeigte sich eine verminderte Induktion von CMKLR1 und Galectin 3 nach Stimulation mit Insulin. Auf die Expression von SOD2 und Annexin A6 hatten weder Insulin noch Glukose einen Einfluss.
Insulinsensitivierende Medikamente zeigten unterschiedliche Effekte auf die Expression der untersuchten Proteine in Adipozyten. Annexin A6, Chemerin und CMKLR1 wurden weder durch den adenosine 5’ monophosphate-activated protein kinase (AMPK) AMPK Aktivator Metformin noch durch den PPARγ Agonisten Pioglitazon oder den PPARα Agonisten Fenofibrat verändert. Pioglitazon war in der Lage die Expression von AOX1 unabhängig von einer PPARγ Aktivierung zu reduzieren. Fenofibrat führte zu einer PPARα vermittelten Reduktion von sowohl AOX1 als auch SOD2. Metformin, wie auch Adiponektin, reprimierten die Expression von Galectin 3.
Ein Knock-down von AOX1, SOD2 und Galectin 3 mittels siRNA in 3T3-L1 Präadipozyten resultierte in einer verminderten Differenzierung der Zellen, einer geringeren Zahl von Lipidtropfen, einer reduzierten Speicherung von Triglyzeriden und einer erniedrigten Freisetzung von Adiponektin. Ein ähnlicher Phänotyp zeigte sich bei Überexpression von Annexin A6 während der Adipogenese. Goralski und Kollegen beschrieben auch für Chemerin und CMKLR1 eine gestörte Differenzierung nach Knock-down in Präadipozyten [166].
Die Serumkonzentrationen von Galectin 3 und Chemerin waren in der Adipositas erhöht. Da die erhöhten Serumspiegel der beiden Proteine unabhängig vom BMI mit dem c-reactive protein (CRP) der Spender korrelierten, dürfte eine Assoziation der Galectin3 und Chemerin Serumkonzentrationen mit einer Entzündungsreaktion und nicht mit der Adipositas an sich vorliegen. Männer und Frauen wiesen keine unterschiedlichen Serummengen von
Galectin 3 oder Chemerin auf. Serum Galectin 3 war in diabetischen Spendern unter Therapie mit Metformin erniedrigt und korrelierte negativ mit HbA1c. Im Vergleich zum systemisch venösen Serum zeigte sich im portalvenösen Serum eine höhere Konzentration von Galectin 3 nicht jedoch von Chemerin. Das viszerale Fettgewebe dürfte demnach signifikant zur systemischen Serumkonzentration von Galectin 3 beitragen, während dies bei Chemerin nicht der Fall ist.
Translation of the abstract (English)
Obesity, in particular visceral obesity, is associated with an increased risk for metabolic and cardiovascular diseases. The aim of this study was to identify and characterize new adipokines predominantly secreted by the visceral adipose tissue by analyzing paired samples of human subcutaneous and visceral adipose tissue. For the analysis, paired samples of human subcutaneous and visceral adipose ...
Translation of the abstract (English)
Obesity, in particular visceral obesity, is associated with an increased risk for metabolic and cardiovascular diseases. The aim of this study was to identify and characterize new adipokines predominantly secreted by the visceral adipose tissue by analyzing paired samples of human subcutaneous and visceral adipose tissue.
For the analysis, paired samples of human subcutaneous and visceral adipose tissue, primary human preadipocytes and adipocytes as well as adipose tissue samples from C57BL/6 mice, high-fat-diet and Zucker rats, and the murine adipocyte cell line 3T3-L1 were used. In addition, the concentration of the secreted adipokines was determined in the sera of normal weight, overweight, and diabetic men as well as in portal and systemic venous blood samples.
Six proteins were analyzed. Aldehyde oxidase 1 (AOX1) and superoxide dismutase 2 (SOD2) are two of the most important enzymes regulating cellular reactive oxygen species. Galectin 3 and chemerin regulate the function of immune cells and are increased in inflammatory diseases. Annexin A6 is involved in cellular cholesterol uptake and distribution. Omentin has already been described as an adipokine mainly secreted by the visceral adipose tissue.
In the paired samples of subcutaneous and visceral adipose tissue of ten probands, a higher expression of annexin A6, omentin, and galectin 3 could be detected in the visceral adipose tissue as well as a higher expression of SOD2 in the subcutaneous adipose tissue. This expression pattern was also detectable in the subcutaneous and visceral adipose tissue of C57BL/6 mice. The expression of AOX1 in human adipose tissue varied individually and showed no preference for one of the adipose tissue depots. An expression of chemerin and chemokine-like receptor 1 (CMKLR1) could not be detected in human adipose tissue samples. Also a higher expression of phosphatidylinositol 3-kinase and CD163 in visceral adipose tissue and of adiponectin, adipophilin, apolipoprotein E and flotillin 1 in subcutaneous adipose tissue was determined in the human adipose tissue samples.
In the obesity animal model of the high-fat-diet rat an increased expression in obesity could be ascertained for SOD2, annexin A6, and omentin. In contrast to this, the expression of AOX1 was only reduced in the adipose tissue of obese as well as insulin resistant rats and accompanied by a simultaneous reduction of peroxisome proliferator-activated receptor gamma (PPARγ). This expression pattern could be confirmed in the animal model of the Zucker rat. Furthermore, the induction of annexin A6 expression in the subcutaneous adipose tissue of insulin resistant Zucker rats leads to the loss of its adipose tissue specific expression pattern.
During the differentiation of murine 3T3-L1 cells to adipocytes, an early expression of AOX1 and peroxisome proliferator-activated receptor alpha (PPARα) at day one and two of adipogenesis could be detected while the expression of the intermediate differentiation marker PPARγ was not induced until day three and six of the differentation. The expression of annexin A6 and SOD2 increased continuously during the nine-day differentiation whereas the increase of SOD2 was considerably higher. The expression of chemerin was only induced in mature adipocytes with its receptor CMKLR1 being only stronger expressed at day one of the adipogenesis. Solely for galectin 3 a higher expression in preadipocytes could be determined. In primary human preadipocytes and adipocytes, an increase of the expression of AOX1, SOD2, annexin A6, and chemerin in the mature adipocytes could be confirmed while contrary to the findings in the cell line 3T3-L1 the expression of galectin 3 and CMKLR1 was also induced in the mature adipocytes. Furthermore, an increased expression of fatty acid-binding protein 4 (FABP4), stearoyl-CoA desaturase 1 (SCD1), ApoE, PI3K, flotillin 1, and
β-actin could be shown in the mature human primary adipocytes.
Stimulation with fatty acids and endotoxin which are systemically elevated in obesity caused an increase of SOD2, galectin 3, and chemerin levels in 3T3-L1 adipocytes. Insulin as well as hyperglycaemic concentrations of glucose lead to a reduction of chemerin and an induction of its receptor CMKLR1 in adipocytes. Galectin 3 expression was increased by insulin but not by glucose. Hyperglycaemic conditions resulted in a diminished induction of CMKLR1 and galectin 3 after stimulation with insulin. The expression of SOD2 and annexin A6 was neither influenced by insulin nor by glucose. Insulin sensitizing drugs showed different effects on the expression of the analyzed proteins in adipocytes. Annexin A6, chemerin, and CMKLR1 were influenced neither by adenosine 5’ monophosphate-activated protein kinase (AMPK) activator metformin nor by the PPARγ agonist pioglitazone or the PPARα agonist fenofibrate. Pioglitazone was able to reduce the expression of AOX1 independently of an activation of PPARγ. Stimulation with fenofibrate resulted in a PPARα mediated reduction of AOX1 as well as SOD2. Metformin and adiponectin repressed the expression of galectin 3.
SiRNA mediated knock down of AOX1, SOD2, and Galectin 3 in 3T3-L1 preadipocytes resulted in a diminished differentiation, in fewer numbers of lipid droplets, in reduced triglyceride storage, and adiponectin secretion. A similar phenotype showed the overexpression of annexin A6 during adipogenesis. Goralski and collegues described also a disturbed adipocyte differentiation after knock-down of chemerin, and CMKLR1 in preadipocytes.
The serum concentration of galectin 3 and chemerin was elevated in obesity. The elevated serum concentrations correlated irrespective of the BMI with the C-reactive protein levels of the probands pointing towards an association of galectin 3, and chemerin serum concentration with inflammatory processes, and not with obesity per se. Men and women showed no difference in their serum galectin 3 and chemerin levels. Serum galectin3 was reduced in the diabetic patients under metformin therapy correlating negatively with HbA1c. Concentration of galectin 3 but not of chemerin was elevated in portal venous serum compared to systemic venous serum. The visceral adipose tissue may therefore significantly contribute to the systemic serum concentration of galectin 3 but not of chemerin.
Metadata last modified: 26 Nov 2020 11:42
Owner only: item control page
Download Statistics