NGFN-PLUS
Veränderungen des Proteoms in frühen Entwicklungsstadien der ernährungsbedingten Adipositas
| Leitung: | Prof. Dr. Martin Klingenspor | |
| Institut: | Technische Universität München | |
| Homepage: | www.molekulare-ernaehrungsmedizin.de/ |
Im Teilprojekt 3/WB1 wurden die Veränderungen des Proteoms verschiedener Gewebe im Verlauf der Entstehung ernährungsbedingter Adipositas in Mäusen untersucht. Die Proteomanalyse zielt als hypothesenfreier Ansatz auf die Erfassung aller Proteine einer Zelle bzw. Gewebes, die aktuell vom Genom exprimiert werden. Durch den Vergleich von Geweben fettarm oder fettreich gefütterter Mäuse können Unterschiede im Proteom identifiziert werden und somit potentielle molekulare Mechanismen der ernährungsbedingten Adipositas aufgedeckt werden.
Fettleibigkeit resultiert aus einer gestörten neuronalen Kontrolle der Energiebalance, wobei der Hypothalamus eine zentrale Rolle sowohl bei der Regulation von Hunger und Sättigung als auch des Energieverbrauchs spielt. Wir identifizierten Veränderungen des hypothalamischen Proteoms in drei Mausstämmen mit unterschiedlicher Neigung zur ernährungsbedingten Adipositas. Fettreiche Fütterung führte in allen untersuchten Mausstämmen bereits nach 10-tägiger Gabe eines fettreichen Futters zur verstärkten Expression von DJ-1.
DJ-1 ist ein multifunktionales Protein, das unter anderem vor oxidativem Stress und Apoptose schützt und zum Erhalt mitochondrialer Integrität beiträgt. DJ-1 wurde durch zwei Ansätze weiterverfolgt. Da sich die Gesamtheit des DJ-1-Proteins aus mehreren post-translational modifizierten Isoformen zusammensetzt, wurde einerseits die Änderung in der Zusammensetzung der Isoformen als Antwort auf die kurzzeitige fettreiche Fütterung untersucht. Hierfür trennten wir hypothalamische Proteinextrakte nach dem isoelektrischen Punkt auf und detektierten DJ-1 mit spezifischen Antikörpern. Die Quantifizierung zeigte ein Anstieg der saureren DJ-1 Isoformen im Hypothalamus von fettreich gefütterten Mäusen. Eine ähnliche Verschiebung des DJ-1 Isoformenmusters wurde auch im Gehirn, im Skelettmuskel, im Pankreas und der Leber, nicht aber im Fettgewebe detektiert.
Des Weiteren untersuchten wir die Interaktion des Gens mit einer fettreichen Fütterung in Dj-1 defizienten (Dj-1-/-) Mäusen. Nach 14-wöchiger Fütterung mit fettreichem Futter zeigten Dj-1-/- Mäuse eine höhere Fettakkumulation auf Kosten der fettfreien Masse. Dieser Effekt war transient: Die Fettmasse glich sich mit längerer Fütterungsdauer und/oder fortgeschrittenem Alter der von Wildtyp-Mäusen an, während die Muskelmasse in Dj-1-/- Mäusen unabhängig von der Futterart reduziert war. Die veränderte Körperzusammensetzung konnte nicht auf messbare Änderungen in der Energieaufnahme oder dem Energieverbrauch zurückgeführt werden, wohingegen die lokomotorische Aktivität der Dj-1-/- Mäuse generell niedriger war. Unsere Daten deuten darauf hin, dass die Dj-1-Defizienz in Wechselwirkung mit der fettreichen Fütterung sowohl den Insulinspiegel als auch die hypothalamische STAT3-Phosphorylierung beeinflusst, was aber keine Auswirkungen auf die Glucosetoleranz oder die anorektische Leptinantwort hat. In einer Transkriptomanalyse des ventralen Teils des Hypothalamus zeigen wir jedoch, dass die Fütterung mit fettreichem Futter einen größeren Einfluss auf die Genregulation in der Abwesenheit von Dj-1 hat.
Ausgehend von diesen Ergebnissen spekulieren wir, dass DJ-1 eine Rolle bei der metabolischen Anpassung an eine veränderte Quantität oder Qualität der zugeführten Makronährstoffe spielt: Durch die fettreiche Fütterung werden DJ-1-Modifikationen induziert, und modifiziertes DJ-1 trägt so zur Aufrechterhaltung der normalen zellulären Homöostase bei. Fehlt DJ-1 und damit seine stabilisierende Funktion, können Mäuse weniger effizient mit den metabolischen Änderungen, die durch eine fettreiche Fütterung induziert werden, umgehen. Letztendlich sind sie aber in der Lage, den Funktionsverlust von DJ-1 zu kompensieren.
Technische Universität München
The Center of Diet and Disease (CDD)
Weitere Teilprojektleiter:
Fettleibigkeit resultiert aus einer gestörten neuronalen Kontrolle der Energiebalance, wobei der Hypothalamus eine zentrale Rolle sowohl bei der Regulation von Hunger und Sättigung als auch des Energieverbrauchs spielt. Wir identifizierten Veränderungen des hypothalamischen Proteoms in drei Mausstämmen mit unterschiedlicher Neigung zur ernährungsbedingten Adipositas. Fettreiche Fütterung führte in allen untersuchten Mausstämmen bereits nach 10-tägiger Gabe eines fettreichen Futters zur verstärkten Expression von DJ-1.
DJ-1 ist ein multifunktionales Protein, das unter anderem vor oxidativem Stress und Apoptose schützt und zum Erhalt mitochondrialer Integrität beiträgt. DJ-1 wurde durch zwei Ansätze weiterverfolgt. Da sich die Gesamtheit des DJ-1-Proteins aus mehreren post-translational modifizierten Isoformen zusammensetzt, wurde einerseits die Änderung in der Zusammensetzung der Isoformen als Antwort auf die kurzzeitige fettreiche Fütterung untersucht. Hierfür trennten wir hypothalamische Proteinextrakte nach dem isoelektrischen Punkt auf und detektierten DJ-1 mit spezifischen Antikörpern. Die Quantifizierung zeigte ein Anstieg der saureren DJ-1 Isoformen im Hypothalamus von fettreich gefütterten Mäusen. Eine ähnliche Verschiebung des DJ-1 Isoformenmusters wurde auch im Gehirn, im Skelettmuskel, im Pankreas und der Leber, nicht aber im Fettgewebe detektiert.
Des Weiteren untersuchten wir die Interaktion des Gens mit einer fettreichen Fütterung in Dj-1 defizienten (Dj-1-/-) Mäusen. Nach 14-wöchiger Fütterung mit fettreichem Futter zeigten Dj-1-/- Mäuse eine höhere Fettakkumulation auf Kosten der fettfreien Masse. Dieser Effekt war transient: Die Fettmasse glich sich mit längerer Fütterungsdauer und/oder fortgeschrittenem Alter der von Wildtyp-Mäusen an, während die Muskelmasse in Dj-1-/- Mäusen unabhängig von der Futterart reduziert war. Die veränderte Körperzusammensetzung konnte nicht auf messbare Änderungen in der Energieaufnahme oder dem Energieverbrauch zurückgeführt werden, wohingegen die lokomotorische Aktivität der Dj-1-/- Mäuse generell niedriger war. Unsere Daten deuten darauf hin, dass die Dj-1-Defizienz in Wechselwirkung mit der fettreichen Fütterung sowohl den Insulinspiegel als auch die hypothalamische STAT3-Phosphorylierung beeinflusst, was aber keine Auswirkungen auf die Glucosetoleranz oder die anorektische Leptinantwort hat. In einer Transkriptomanalyse des ventralen Teils des Hypothalamus zeigen wir jedoch, dass die Fütterung mit fettreichem Futter einen größeren Einfluss auf die Genregulation in der Abwesenheit von Dj-1 hat.
Ausgehend von diesen Ergebnissen spekulieren wir, dass DJ-1 eine Rolle bei der metabolischen Anpassung an eine veränderte Quantität oder Qualität der zugeführten Makronährstoffe spielt: Durch die fettreiche Fütterung werden DJ-1-Modifikationen induziert, und modifiziertes DJ-1 trägt so zur Aufrechterhaltung der normalen zellulären Homöostase bei. Fehlt DJ-1 und damit seine stabilisierende Funktion, können Mäuse weniger effizient mit den metabolischen Änderungen, die durch eine fettreiche Fütterung induziert werden, umgehen. Letztendlich sind sie aber in der Lage, den Funktionsverlust von DJ-1 zu kompensieren.
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