Dokument: The role of epicardial adipose tissue in the pathogenesis of myocardial dysfunction

Titel:	The role of epicardial adipose tissue in the pathogenesis of myocardial dysfunction
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=18636
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20110712-092631-8
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Greulich, Sabrina [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 6,35 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 11.07.2011 / geändert 11.07.2011
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	Es wird vermutet, dass Veränderungen im epikardialen Fettgewebe (EAT) einen Risikofaktor für die Entstehung von kardiovaskulären Erkrankungen bei Patienten mit Typ 2 Diabetes mellitus (DM2) und dem metabolischen Syndrom darstellen. Beim EAT handelt es sich um ein viszerales Fettdepot, welches faszienfrei auf dem Myokard aufliegt. Daher können Faktoren, die von diesem Fettgewebe freigesetzt werden, direkt auf das Myokard wirken. Ziel dieser Arbeit ist es, die Bedeutung des EAT für die Entstehung von Herzerkrankungen zu definieren, indem seine direkte Auswirkung auf die Funktion, den Stoffwechsel und die Struktur des Herzens untersucht wird. Da humanes EAT limitiert ist und meist von multimorbiden Patienten stammt, wird hier zunächst auf ein Tiermodell zurückgegriffen. Sowohl bei Ratten als auch bei Mäusen ist die Menge an EAT allerdings sehr gering, daher wurden hier Meerschweinchen verwendet, wo gezeigt werden konnte, dass die Masse an EAT mit dem Alter zunimmt. Dazu wurde EAT und subkutanes Fettgewebe (SAT) von Meerschweinchen gesammelt, die mit einer Hoch-Fett Diät (HFD) gefüttert wurden und sowohl eine Insulinresistenz als auch eine verminderte linksventrikuläre Funktion des Herzens, im Vergleich zu Meerschweinchen die mit einer Standarddiät gefüttert wurden, entwickelt haben. Zusätzlich wurden humane Fettbiopsien von EAT, SAT und perikardialem Fettgewebe (PAT) von Patienten mit und ohne DM2 entnommen. Um die Freisetzung und Wirkung von Faktoren, die aus dem Fettgewebe ausgeschüttet werden, zu testen, wurden hier konditionierte Medien mit Hilfe der Fettexplantat-Technologie generiert. Rattenkardiomyozyten, die mit konditionierten Medien (EAT) von DM2-Patienten oder HFD-gefütterten Tieren behandelt wurden, zeigen eine verminderte Akt-Ser473-Phosphorylierung im Vergleich zu Zellen, die mit konditionierten Medien von SAT bzw. mit den entsprechenden Kontrollen inkubiert wurden. Kontraktionsmessungen zeigen zudem, dass konditionierte Medien (EAT) die Sarkomer-verkürzung und den Kalziumtransienten im Vergleich zu SAT vermindern und gleichzeitig kontraktile Parameter in Kardiomyozyten verschlechtern. Dies konnte sowohl bei den HFD-gefütterten Meerschweinchenproben als auch bei den Proben der DM2-Patienten beobachtet werden. Zusätzlich zur verminderten Kontraktilität konnte eine verringerte Proteinexpression von SERCA2a in Kardiomyozyten beobachtet werden, die mit konditioniertem Medium (EAT) der DM2-Patienten oder HFD-gefütterten Tiere behandelt wurden. Daher wird vermutet, dass ein verminderter Kalziumtransient durch eine verminderte Expression von SERCA2a in diesen so behandelten Kardiomyozyten zu erklären ist. Mit Hilfe dieser Studie konnte zum ersten Mal gezeigt werden, dass das Sekretionsprofil des EAT sich von anderen Fettdepots unterscheidet, und dass sowohl HFD als auch DM2 zu Veränderungen in der Freisetzung der Faktoren aus dem EAT führen können. Analysen der Medien zeigten, dass ein Teil der schädlichen Effekte möglicherweise darauf zurückzuführen ist, dass es vermehrt zu einer Akkumulation von Activin A im konditionierten Medium vom EAT, sowohl bei DM2-Patienten als auch von HFD-gefütterten Meerschweinchen, gekommen ist. Bei Activin A handelt es sich um ein Zytokin, welches zur TGF-ß Familie zählt und eine Rolle bei einer Vielzahl von Prozessen wie etwa der Apoptose spielt. Im Einklang mit früheren Studien, die zeigten, dass Activin A die Expression von Genen erhöht, die eine wichtige Rolle bei myokardialen Umbauprozessen spielen, konnte in dieser Studie gezeigt werden, dass Kardiomyozyten, die mit rekombinantem Activin A behandelt wurden, eine Verminderung in der kontraktilen Funktion aufwiesen. Dementsprechend konnte durch die Verwendung des TGF-ß-Rezeptor-Inhibitors SB431542 der durch konditioniertes Medium hervorgerufene kardiosuppressive Effekt zum Teil wieder aufgehoben werden. Dadurch, dass dieser Effekt allerdings nicht vollkommen reversibel war, kann davon ausgegangen werden, dass neben Activin A noch weitere Mediatoren vom Fettgewebe freigesetzt werden, die diesen kardiosuppressiven Effekt hervorrufen bzw. dazu beitragen. Darüberhinaus konnten die beiden potenziellen Faktoren Follistatin-like 1 (Fstl1), ein physiologischer Antagonist von Activin A, und Omentin identifiziert werden, die vermindert aus dem EAT von DM2-Patienten freigesetzt werden. Durch die Zugabe dieser Faktoren zu Kardiomyozyten, die mit konditionierten Medien behandelt wurden, konnte der durch konditioniertes Medium hervorgerufene kardiosuppressive Effekt wieder aufgehoben werden. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass es bei DM2 sowie bei einer HFD zu einer depot-spezifischen Veränderung in der Freisetzung von Zytokinen kommt. Diese Fettgewebs-freigesetzten Faktoren wiederum können in isolierten Kardiomyozyten zu einer Insulinresistenz und zu einer Einschränkung in der kontraktilen Funktion führen. Hierbei hat sich verstärkt gezeigt, dass EAT von DM2-Patienten und HFD-gefütterten Tieren im Vergleich zu den jeweiligen Kontrollen die Funktion dieser Zellen deutlicher beeinträchtigt. Diese Daten lassen vermuten, dass sekretierte Faktoren aus dem EAT mit dem Myokard interagieren und somit das EAT eine Rolle bei der Pathogenese von diabetischer Kardiomyopathie spielen könnte. It is assumed that epicardial adipose tissue (EAT) dysfunction can be a risk factor for the development of cardiovascular disease in patients with type 2 diabetes mellitus (DM2) and the metabolic syndrome. EAT is a visceral thoracic fat depot around the heart, which is not separated by a fascial boundary from the underlying tissues. Consequently, secretory products from EAT may directly affect the function of the myocardium and coronary vessels. The aim of the study was to define the role of EAT in the pathogenesis of cardiac disease by assessing its direct effect on parameters of cardiac function, metabolism and structure. As EAT is limited and mostly from multimorbid patients, an animal model was established first. Because the amount of EAT is scarce in rat and mouse, we used guinea pigs in which the amount of EAT increases with age. EAT and subcutaneous adipose tissue (SAT) were collected from guinea pigs fed a high-fat diet (HFD) which develop insulin resistance and decreased left ventricular as compared to standard fed animals. In subsequent studies, human adipose tissue biopsies were collected from EAT, SAT and pericardial adipose tissue (PAT) from patients with and without DM2 undergoing coronary artery bypass surgery. To analyze the secretion of adipose tissue-derived factors and the effect of these factors on cardiomyocytes, conditioned media were prepared using explant technology. Isolated primary rat cardiomyocytes exposed to conditioned media generated from EAT of HFD-fed guinea pigs or DM2-patients showed an decreased insulin-mediated phosphorylation of Akt-Ser473 compared to conditioned media from other fat depots and corresponding controls. Furthermore, we observed that, compared to control adipocyte media, exposure of primary cardiomyocytes to conditioned media generated from EAT of HFD-fed guinea pigs and DM2‐patients markedly impaired contractile function, as illustrated by reductions in sarcomere shortening and cytosolic Ca2+‐fluxes. The reductions in sarcomere shortening and cytosolic Ca2+‐fluxes were paralleled by a decreased protein expression of SERCA2a in cardiomyocytes. Therefore, it seems likely that the reduction of Ca2+ may account for the reduction transients in SERCA2a expression in cardiomyocytes treated with conditioned media, generated from EAT of DM2-patients or HFD-fed guinea pigs. These studies show for the first time that the adipokine secretory profile of EAT is distinct from that of other fat depots, and that HFD and DM2 induce alterations in the factors secreted by EAT compared to the corresponding controls. Profiling of the conditioned media subsequently demonstrated that part of the detrimental effects could be ascribed to accumulation of activin A in conditioned media from EAT of both DM2-patients and HFD-fed guinea pigs. Activin A belongs to the transforming growth factor (TGF)-ß family and plays a role in cell proliferation, apoptosis and cell differentiation. In line with previous reports, demonstrating that activin A increases the expression of genes involved in myocardial remodelling, the present study shows that incubation of cardiomyocytes with recombinant activin A, at a concentration comparable to that found in conditioned media from EAT of DM2-patients, reduced cardiomyocyte contractile function. Accordingly, the cardiosuppressive effects of conditioned media from EAT of DM2-patients could be partially reversed by pharmacological inhibition of the activin A receptor by using SB431542. Although these findings highlight the involvement of activin A in the induction of cardiomyocyte dysfunction by conditioned media from EAT of DM2-patients, they also indicate an involvement of as yet unknown secreted factors because the cardiosuppressive effect of conditioned media could only partially reversed by SB431542. In subsequent studies, we have characterized the role of two potential candidate factors, i.e. follistatin-like protein 1 (Fstl1), a physiological antagonist of activin A, and omentin. Both factors were reduced in EAT from DM2-patients, and addition of Fstl1 or omentin could reverse the induction of insulin resistance and contractile dysfunction induced by adipose tissue-derived factors in cardiomyocytes. In conclusion, conditioned media generated from EAT of DM2-patients induce myocardial dysfunction and insulin resistance in cardiomyocytes. We demonstrated that the secretory profile of EAT is distinct from that of other fat depots, and that HFD and DM2 induce alterations in the secretory profile of EAT. Most notably, the release of activin A is enhanced by EAT from DM2-subjects and HFD-fed animals, and exposure of cardiomyocytes to activin A causes cardiomyocyte dysfunction. Conversely, omentin and Fstl1 are reduced in EAT from DM2-subjects and have been identified as cardioprotective factors. Therefore, this work shows that DM2- and HFD‐related alterations in the secretory profile of EAT can contribute to the development of cardiac dysfunction in patients with DM2 and the metabolic syndrome.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Biologie
Dokument erstellt am:	12.07.2011
Dateien geändert am:	12.07.2011
Promotionsantrag am:	29.04.2011
Datum der Promotion:	04.07.2011