Dokument: Carnitine homeostasis and dietary modification in long-chain fatty acid oxidation disorders

Titel:	Carnitine homeostasis and dietary modification in long-chain fatty acid oxidation disorders
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=16206
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20100930-144320-1
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Primaßin, Sonja [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 2,34 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 28.09.2010 / geändert 28.09.2010
Beitragende:	Prof. Dr. Spiekerkötter, Ute [Gutachter] Prof. Dr. Breitkreutz, Jörg [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	Fatty acid oxidation disorders (FAODs) may cause life-threatening metabolic derangements. Newborn screening (NBS) programs using tandem mass spectrometry (MS/MS) have significantly reduced disease morbidity and mortality. Very long-chain acyl-CoA dehydrogenase (VLCAD) is the first enzyme of the mitochondrial β-oxidation cycle of long-chain fatty acids. VLCAD deficiency displays heterogeneous clinical presentations due to different pathomechanisms. Various aspects of disease pathophysiology with focus on myopathy were studied with respect to carnitine homeostasis and dietary modifications. Chapter 2 demonstrates that L-carnitine supplementation resulted in significant accumulation of potentially toxic long-chain acylcarnitines in tissues inducing myopathy. The expected prevention of secondary carnitine deficiency was not confirmed suggesting ineffectiveness of L-carnitine supplementation. Measurements in patients (chapter 3) demonstrated that L-carnitine supplementation resulted in high plasma γ-butyrobetaine which was confirmed in mouse tissues (chapter 2), thus carnitine biosynthesis was presumably inhibited. Our findings show that γ-butyrobetaine concentrations in blood as a marker for endogenous carnitine biosynthesis were not reliable, but for the carnitine status in patients, plasma should be preferred (chapter 3). Our in chapter 4 newly developed MS/MS method is able to provide sufficient sensitivity to rapidly determine VLCAD and MCAD residual activity in human lymphocytes. Based on measured MCAD residual activities in correlation with genotype, new insights were obtained on the expected clinical phenotype. This method was also used in chapter 5 to underline the important observation that an MCT bolus directly prior to exercise may prevent the development of myopathy. In contrast, continuous long-term MCT treatment did not prevent myopathy after exercise, but stimulated hepatic lipogenesis and impaired hepatic lipid metabolism in VLCAD KO mice (chapter 6). In chapter 7 we could also show, that fat restriction did not prevent myopathic symptoms and hepatic lipid accumulation in VLCAD KO mice after exercise. Therefore fat restriction does not appear to be a mainstay of treatment in myopathic VLCAD deficiency. Sufficient energy supply appears to be essential to avoid myopathy as demonstrated for the high-caloric western type diet. The study in chapter 8 presents a direct correlation of long-chain acylcarnitines and acyl-CoAs before and after prolonged exercise in skeletal muscle of VLCAD KO mice. In conclusion, the studies and results presented here demonstrate new insights into the pathophysiology of long-chain fatty acid oxidation defects in mice with special respect to dietary modifications and carnitine homeostasis. Moreover, these results may be a fundamental basis for the further improvement of treatment in these disorders. Angeborene Fettstoffwechselstörungen können zu lebensbedrohlichen metabolischen Entgleisungen vor allem bei Säuglingen führen. Neugeborenenscreening unter Verwendung von Tandemmassenspektrometrie (MS/MS) hat entscheidend die Morbiditäts- und Mortalitätsraten dieser Erkrankungen verringert. Very long-chain acyl-CoA dehydrogenase (VLCAD) ist das erste Enzym des mitochondrialen β-Oxidationszyklus für langkettige Fettsäuren. VLCAD-Defizienz ist auf Grund verschiedener Pathomechanismen durch heterogene klinische Präsentation geprägt. Verschiedene Aspekte der Pathophysiologie dieser Erkrankung mit Fokus auf die Myopathie wurden in den hier durchgeführten Studien durch Analyse der Carnitinhomöostase unter verschiedenen diätetischen Modifikationen untersucht. Kapitel 2 beschreibt wie die Supplementierung mit L-Carnitin zu einem signifikanten Anstieg von potentiell toxischen Acylcarnitinen in Geweben führte und dadurch eine Myopathie induziert wurde. Sekundäre Carnitin-Defizienz konnte nicht wie ursprünglich erwartet vermieden werden. Messungen in Patienten (Kap. 3) zeigten, dass Supplementierung mit L-Carnitin eine erhöhte Konzentration von γ-Butyrobetain zur Folge hatte und dies konnte auch in Geweben von Mäusen bestätigt werden (Kap. 2), folglich wurde die Carnitin-Biosynthese vermutlich inhibiert. Die Untersuchungen zeigten auch, dass γ-Butyrobetain im Blut nicht als Marker für endogene Carnitin-Biosynthese geeignet ist, jedoch sollte Plasma für den Carnitin-Status bei Patienten bevorzugt werden (Kap. 3). Die in Kapitel 4 gezeigten Residualaktivitäten von VLCAD und MCAD konnten durch die von uns entwickelte MS/MS-Methode in menschlichen Lymphozyten schnell und mit ausreichender Sensitivität gezeigt werden. Basierend auf der gemessenen Residualaktivität von MCAD konnten in Korrelation mit dem Genotyp neue Einblicke bezüglich des zu erwartenden Phänotyps gewonnen werden. Diese MS/MS-Methode wurde auch in Kapitel 5 benutzt. Diese Studie zeigte, dass ein MCT Bolus direkt vor körperlicher Aktivität die Entwicklung einer Myopathie verhindern kann. Im Gegensatz dazu wird durch eine kontinuierliche Langzeittherapie mit MCT nicht nur eine Myopathie nach körperlicher Aktivität ausgelöst, sondern auch die Lipogenese stimuliert und der Lipidstoffwechsel verschlechtert (Kap. 6). In Kapitel 7 konnten wir zeigen, dass eine Fettreduktion myopathische Symptome und Lipidakkumulation in der Leber nach körperlicher Aktivität nicht verhindern konnte. Demnach scheint eine Fettreduktion nicht als Hauptstütze für die Therapie einer Myopathie geeignet zu sein. Eine ausreichende Energiebereitstellung scheint essentiell zu sein, wie eine hochkalorische Western-Diät zeigte. Die Studie in Kapitel 8 präsentiert eine direkte Korrelation zwischen langkettigen Acylcarnitinen und langkettigen Acyl-CoAs vor und nach körperlicher Aktivität im Skelettmuskel von VLCAD KO Mäusen. Zusammenfassend geben die hier aufgezeigten Studien neue Einblicke in die Carnitin-Homöostase bei langkettigen Fettstoffwechselstörungen. Darüber hinaus können die bei der VLCAD KO Maus durch diätetische Modifikationen gewonnenen Ergebnisse als fundamentale Basis für die weitere Entwicklung von Behandlungsempfehlungen genutzt werden um klinische Phänotypen bei Patienten zu vermeiden.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Medizinische Fakultät
Dokument erstellt am:	30.09.2010
Dateien geändert am:	28.09.2010
Promotionsantrag am:	01.07.2010
Datum der Promotion:	07.09.2010