Dokument: Untersuchungen zur Rolle der Lipoxygenase und der Interaktion des epikardialen Fetts mit dem herzen im Menschen und im Tiermodell

Titel:	Untersuchungen zur Rolle der Lipoxygenase und der Interaktion des epikardialen Fetts mit dem herzen im Menschen und im Tiermodell
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=18352
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20110606-093800-2
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Deutsch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Swifka, Janine [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 3,66 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 31.05.2011 / geändert 31.05.2011
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	Diabetes mellitus stellt eine Volkskrankheit dar, bei der aufgrund der verbesserten Ernährungssituation seit Mitte des 20. Jahrhunderts steigende Inzidenzen in industrialisierten Ländern beobachtet werden. Im Hinblick auf die Tatsache, dass inzwischen häufig auch Jugendliche, bedingt durch Adipositas an Diabetes mellitus erkranken und dieser im Zeitablauf im sogenannten Metabolischen Syndrom sowohl das Herz und dessen Vaskulatur als auch die Nieren und das periphere Nervensystem schädigen kann, stellt die Therapie des Diabetes mellitus und dessen Folgeerkrankungen eine der größten Herausforderungen der Medizin dar. Laut WHO Angaben sind weltweit mehr als 220 Millionen Menschen an Diabetes mellitus erkrankt und 3,4 Millionen Menschen starben 2004 an dessen Folgeerkrankungen. Weiterhin wird vermutet, dass sich die Zahl der durch Diabetes mellitus bedingten Todesfälle zwischen 2005 und 2030 verdoppelt. Das Fettgewebe ist neben seiner Funktion als Energiespeicher ein endokrines Organ, das Zytokine und Adipokine sezerniert. So konnte gezeigt werden, dass die Menge des viszeralen Fetts positiv mit der Entwicklung von Insulinresistenz und Diabetes mellitus korreliert. Aufgrund epidemiologischer Beobachtungen wird ein enger Zusammenhang zwischen Adipositas und der koronaren Herzkrankheit vermutet. Dies hat dazu geführt, die Interaktion des epikardialen Fett als viszerales Fettdepot mit dem Herzen genauer zu untersuchen. Das epikardiale Fett liegt dem Herz faszienfrei auf, so dass sezernierte Zytokine und Adipokine durch das Interstitium auf den Herzmuskel wirken können. Wir konnten in dieser Arbeit zeigen, dass 1) unter dem Einfluss von Adipositas und Diabetes mellitus das epikardiale Fett vermehrt Zytokine sezerniert und sich das Muster in Richtung Proinflammation verschiebt. Da aus ethischen Gründen für die Analytik lediglich Proben von multimorbiden Patienten verwendet werden können, 2) haben wir mit dem Meerschweinchen ein Tiermodell entwickelt, das die Präparation von epikardialem Fettgewebe aus gesunden Tieren ohne Beeinflussung durch kardiale oder metabolische Erkrankungen erlaubt. So konnte unter experimentellen Bedingungen das epikardiale Fett detailliert untersucht und speziell der Einfluss von metabolischen Veränderungen wie Insulinresistenz oder DM2 auf das Sekretom des epikardialen Fetts ermittelt werden. 3) Meerschweinchen entwickeln wie der Mensch und höhere Primaten altersabhängig epikardiales Fett und dessen Akkumulation speziell am Aortenbogen und entlang der Koronargefäße weisen große Ähnlichkeit mit Beobachtungen an erkrankten humanen Herzen auf. Um zu untersuchen, ob ähnlich wie in der humanen Situation auch im Tiermodell parallel zu den beobachteten anatomischen Veränderungen eine relevante Sekretion an proinflammatorischen Zytokinen nachzuweisen ist, wurde die Freisetzung aus dem EAT des Meerschweinchens durch Arraytechnik untersucht. 4) Wir konnten zeigen, dass sich die Menge der sezernierten Zytokine abhängig von Alter und Menge des epikardialen Fetts verändert und in Richtung Proinflammation verschiebt. 5) Nach Diätintervention mit einer fett- und cholesterinreichen sowie einer kohlenhydratreichen Fütterung konnten wir bei beiden Interventionen negative, aber divergente Auswirkungen auf den metabolischen Zustand und verschiedene Schädigungen der Endorgane beobachten. So entwickelten Meerschweinchen nach fettreicher Diät entgegen unserer Vermutung keine Adipositas oder Insulinresistenz. Die Tiere zeigten jedoch schon nach kurzer Zeit eine deutliche kardiale Dysfunktion und entwickelten eine Steatosis hepatis sowie unter anderem eine Dysregulation des PPAR Systems. 6) Nach kohlenhydratreicher Diät wurden die Meerschweinchen deutlich adipös und insulinresistent. Die kohlenhydratreiche Diät hatte keinen direkten Einfluss auf die Myokardfunktion. Sie führte hingegen zu einer massiven Ausdehnung des epikardialen Fetts und begünstigte die Entwicklung von Insulinresistenz. Dies konnte auch durch die Reduktion der Glukosetransporter Expression sowie der Einwanderung von Makrophagen gezeigt werden, was zur Entstehung einer ständigen Entzündungsreaktion führte, die wir als Ursache der Insulinresistenz interpretieren. In zellulären Studien konnten wir zeigen, dass die gesteigerte Expression und Sekretion von proinflammatorischen Zytokinen wie TGF-β die Insulinsensitivität der Kardiomyozyten negativ beeinflusst. Dieser Effekt erfolgt über die Interaktion von TGF-β mit der Signalkaskade der Lipoxygenasen und deren Aktivierung nach Zytokininkubation. So konnte als Hinweis auf die kardioprotektive Funktion des TGF- β gezeigt werden, dass Hydroxyeikosatetraensäuren als Produkte der 12-Lipoxygenase das Aktinzytoskelett stabilisieren. Damit wird auch die Exozytose und Translokation des insulinabhängigen Glukosetransporters IV zur Plasmamembran nach Insulinstimulus unterstützt. Jedoch führt die Inkubation mit dem proinflammtorischen Zytokin TGF-β auch zur Reduktion der Glukosetransporter Expression, was wiederum ein Hinweis auf die proinflammatorische und myokardpathogene Funktion ist. Dies bedeutet, dass die Effektivität des Transportsystemes zwar zunimmt, die Kapazität aber reduziert ist. Passend zu unseren Beobachtungen beim Menschen und im Tiermodell konnten wir im zellulären Modell nach TGF-β Inkubation den totalen Verlust der Insulinwirkung in Kardiomyozyten zeigen. Diabetes mellitus is a widespread disease, which has been observed to show an increasing incidence in industrialized countries since the middle of the 20th century due to the improved alimentary situation. With regards to the fact, that often also adolescents are confirmed to have Diabetes mellitus as a result of morbid obesity and that they may develop indisposition of the heart and its vascular conditions as well as kidney or nervous system injury, rehabilitation of Diabetes mellitus and its derived diseases is by now a great challenge for medicine. Due to WHO interpretation by now 220 million people are diseased with Diabetes mellitus worldwide and in 2004 3.4 million people died due to Diabetes mellitus or the metabolic syndrome. This case number is estimated to be doubled in between 2005 and 2030. Additional to its function as energy storage adipose tissue is discussed as an active endocrine organ that secretes cytokines and adipokines. The amount of visceral adipose tissue has been shown to correlate with the development of insulin resistance and Diabetes mellitus. Due to epidemiological surveys a close relationship of obesity and coronary artery disease is suspected but until now not approved. This assumption provoked further investigations regarding the interaction of epicardial adipose tissue as true visceral fat and the heart itself. Epicardial fat is located directly on the myocardium without any fascia, so cytokines and adipocines may have an immediate impact on the myocardium. This investigation shows an increased secretion of cytokines under the impact of obesity and Diabetes mellitus as well as a proinflammatory shift. For ethical reasons human epicardial fat is only available from severely ill patients undergoing open heart surgery. With the guinea pig we established an animal model that allows the preparation of healthy epicardial fat without the interference of cardial or metabolic disease. So we were able to analyze the epicardial fat under experimental conditions and quantify the impact of metabolic disease. In contrast to rodents the guinea pig develops abundant amounts of epicardial fat with age comparable to humans and higher apes. The accumulation of epicardial fat along the aortic branch has substantial similarities to the medical observation in the diseased human heart. To observe, whether the epicardial fat of guinea pigs secretes an abundant amount of inflammatory cytokines comparable to the human situation, we analyzed its release by cytokine array technique. Our data show, that the release of cytokines is dependent on age, the amount of epicardial fat and is shifted to inflammatory state. After dietary intervention using a high-fat or high carbohydrate diet we showed surprisingly different negative impacts on the metabolic situation or endorgan damage addicted to the used diet. So after high-fat diet guinea pigs did not get obese or insulin resistant, but develop cardial dysfunction and steatosis hepatis. After high-carbohydrate diet guinea pig develop obesity and insulin resistance, but showed no effects on cardiac function although epicardial fat mass was augmented. Furthermore glucose transporter expression was reduced in epicardial fat and heart and as an indication of inflammation macrophages immigrated into the connecting area of heart and adipose tissue. In our cellular study increased cytokine release e.g.. of TGF-ß provoked insulin resistance in cardiomyocytes. This is effected by the interaction of TGF-ß and lipoxygenase signaling. As an evidence for its cardioprotective potential TGF-ß activates 12-lipoxygenase and augments their products – hydroxyeicosatetraenoic acids stabilizes the actin cytoskeleton in cardiomyocytes. Accordingly translocation of the insulin dependent glucose transporter 4 to the plasma membrane is supported. In contrast to this incubation with the inflammatory TGF-ß provokes also the reduced expression of glucose transporter 4. Convenient to our observation in humans and in the animal model TGF-ß incubation caused the total loss of insulin action in cardiomyocytes.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät
Dokument erstellt am:	06.06.2011
Dateien geändert am:	06.06.2011
Promotionsantrag am:	06.05.2011
Datum der Promotion:	27.05.2011