Dokument: Adipose tissue secretion and inflammation - Characterization of novel adipokines and the impact of hypoxia on adipocyte function

Titel:	Adipose tissue secretion and inflammation - Characterization of novel adipokines and the impact of hypoxia on adipocyte function
Weiterer Titel:	Inflammation und Sekretion des Fettgwebes - Charakterisierung neuer Adipokine und der Einfluss von Hypoxie auf die Adipozyten Funktion
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=21507
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20120628-081227-0
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Famulla, Susanne [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 6,08 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 24.05.2012 / geändert 24.05.2012
Beitragende:	Prof. Dr. Eckel, Jürgen [Gutachter] Prof. Dr. Schmitt, Lutz [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 540 Chemie
Beschreibungen:	Obesity is a major global health burden that is associated with a number of pathological disorders, including type 2 diabetes, the metabolic syndrome and cardiovascular diseases. In this context, enlargement of adipose tissue (AT) is closely related to the development of these pathologies. Nowadays, it is well established that AT functions not only as a fuel storage site, but also represents a major endocrine organ, which is capable to release a variety of biologic active proteins, collectively named adipokines. These adipokines are known as important mediators for the inter-organ crosstalk between AT and peripheral tissues such as the liver or the skeletal muscle. Pathological processes are influenced by adipokines, including insulin resistance and inflammation. The number of newly identified adipokines rises continuously, as various proteomic approaches have been conducted to obtain a more detailed insight into the complex nature of the adipocyte secretome. The challenge in this context is the validation of these factors as confirmed adipokines, and their further characterization for a potential role in AT function and obesity-related disorders. Therefore, the first aim of this thesis was to validate and characterize five potential novel adipokines, previously identified by a proteomic approach investigating the secretome of human primary adipocytes. These factors were heme-oxygenase-1 (HO-1), αB-crystallin (CRYAB), complement factor H (CFH), cartilage-immediate layer protein (CILP), and dipeptidyl peptidase 4 (DPP4). All five candidates were expressed in a differentiation-dependent manner and released from human adipocytes. Comparison of the specific expression to AT-derived macrophages demonstrated adipocytes as the most likely source of these adipokines from AT. Moreover, important regulators of AT, including troglitazone, insulin, TNF-α, and hypoxia, were capable to affect the expression and secretion level of a subset of these novel adipokines. Serum analyses from lean and obese individuals revealed elevated circulating levels of HO-1, CFH and DPP4, while CILP levels were decreased in obesity. Furthermore, DPP4 could be identified as a potent mediator of adipocyte-specific insulin resistance. In addition, proteomic profiling identified pigment epithelium-derived factor (PEDF) as a high abundant adipokine, which was predominantly expressed and released by human adipocytes and only by small amounts from other cell types including AT-derived macrophages, skeletal muscle cells, and smooth muscle cells. PEDF expression and release was regulated by factors such as troglitazone, insulin, TNF-α, and hypoxia. Moreover, PEDF was capable to induce insulin resistance in human adipocytes, skeletal muscle cells and smooth muscle cells. A second aim of this thesis was to address the role of reduced oxygen levels on adipocyte secretion, inflammation and development. Hypoxia has been shown to occur in local areas of human and murine obese AT, which correlated to the chronic low-grade inflammation of obese AT. A protocol for the in vitro investigation of acute and severe hypoxia using 1% O2 was established for human adipocytes. Here, known effects on adipocyte protein expression and release could be reproduced, including elevated IL-6, leptin, and VEGF release, as well as decreased adiponectin secretion. Moreover, a potential anti-inflammatory effect was observed, since hypoxia in human adipocytes attenuated TNF-α-induced NF-κB signalling. This attenuation led to a decreased release of the pro-inflammatory chemokines MCP-1 and IL-8. Moreover, human AT oxygenation has been shown to range between 3-11% O2. However, the standard in vitro procedure for adipocyte differentiation is performed at ambient air with higher oxygen tensions than observed in human AT. In order to mimic physiological oxygen conditions, adipocyte differentiation was performed at 10% and 5% O2 in comparison to 21% O2. Adipocyte differentiation was similar at all three conditions, as demonstrated by comparable expression of distinct differentiation markers. However, adipokine release by adipocytes differentiated at 10% and 5% O2 demonstrated significant variations compared to 21% O2. In particular, adiponectin secretion was markedly up-regulated at reduced oxygen levels. Furthermore, the basal and isoproterenol-stimulated lipolysis was significantly increased at physiological oxygen tensions. Conclusively, this thesis presented the validation and characterization of novel adipokines in human adipocytes, underlining the importance of AT in releasing obesity-associated factors. Furthermore, reduced O2 levels during adipocyte culture could be identified as a positive regulator of inflammation during acute hypoxia, as well as a molecular regulator of adipogenesis and subsequent adipocyte secretion and function. Adipositas ist ein globales Gesundheitsproblem, das mit einer Vielzahl pathologischer Krankheitsbilder, wie Typ 2 Diabetes, dem metabolischen Syndrom und Herz-Kreislauf-Erkrankungen einhergeht. In diesem Zusammenhang ist die Zunahme an Fettgewebsmasse eng mit der Entwicklung dieser Erkrankungen verbunden. Es ist heutzutage weitgehend akzeptiert, dass das Fettgewebe nicht nur als Energiespeicher dient, sondern vielmehr ein endokrines Organ repräsentiert, welches eine Vielzahl biologisch aktiver Proteine, die sogenannten Adipokine, freisetzt. Diese Adipokine spielen eine wichtige Rolle bei der Kommunikation zwischen Fettgewebe und peripheren Geweben, wie der Leber oder dem Skelettmuskel sowie bei der Entwicklung pathologischer Prozesse, wie zum Beispiel einer Insulinresistenz und Inflammation. Die Zahl neu-identifizierter Adipokine steigt stetig auf Grund zahlreicher Proteom-basierter Analysen, die Aufschluss über das vollständige Adipozyten-Sekretom geben sollen. Eine zwangsläufige Herausforderung solcher Sekretomanalysen ist eine anschließende notwendige Validierung der identifizierten Faktoren als tatsächliche Adipokine sowie deren funktionelle Charakterisierung im Zusammenhang der Fettgewebsfunktion und Adipositas-relevanter Erkrankungen. Aus diesem Grund war das erste Ziel dieser Arbeit, fünf potentielle neue Adipokine zu validieren und zu charakterisieren, welche in einer vorhergehenden Sekretomanalyse identifiziert wurden. Die fünf Kandidaten waren Hämoxygenase-1 (HO-1), αB-Crystallin (CRYAB), Komplement-Faktor H (CFH), cartilage intermediate layer protein (CILP), sowie Dipeptidylpeptidase 4 (DPP4). Für alle fünf Kandidaten konnte eine differenzierungsabhängige Expression sowie ihre Freisetzung aus humanen Adipozyten gezeigt werden. Ein Vergleich der Expression mit Fettgewebs-spezifischen Makrophagen identifizierte Adipozyten als potentielle Hauptquelle für die Expression dieser Adipokine im Fettgewebe. Desweiteren konnten bekannte Regulatoren der Fettgewebsfunktion, wie z.B. Troglitazon, Insulin, TNF-α und Hypoxie, als Faktoren für die Regulierung der Expression und Sekretion dieser Adipokine identifiziert werden. Im Serum adipöser Probanden konnten im Vergleich zu schlanken Probanden erhöhte Level an HO-1, CFH und DPP4 gemessen werden, während entsprechende CILP Level vermindert waren. Desweitern identifizierte die Sekretomanalyse pigment epithelium-derived factor (PEDF) als hoch-abundantes Protein in konditioniertem Medium (CM) von humanen Adipozyten. Es zeigte sich, dass PEDF hauptsächlich von Adipozyten sekretiert wurde, während andere Zelltypen wie Makrophagen, Skelettmuskelzellen und glatte Muskelzellen nur geringe Mengen an PEDF freisetzten. Troglitazon, Insulin, TNF-α und Hypoxie konnten als Regulatoren der PEDF Expression und Sekretion identifiziert werden. Es zeigte sich zudem, dass PEDF Insulinresistenz in humanen Adipozyten, Skelettmuskelzellen und glatten Muskelzellen induzierte. Als zweites Ziel dieser Arbeit sollte die Rolle eines verminderten Sauerstoffangebotes auf das Sekretionsverhalten, die Inflammation und die Adipogenese von humanen Adipozyten untersucht werden. Bei Adipositas wurde bereits das Auftreten einer Hypoxie im humanen sowie murinen Fettgewebe beschrieben, welche positiv mit einer chronischen Inflammation des Fettgewebes korrelierte. Zur Untersuchung der Auswirkung einer starken Hypoxie von 1% O2 in humanen Adipozyten wurde ein entsprechendes Protokoll etabliert. Hierbei konnten bereits bekannte Effekte auf die Expression und Sekretion bestimmter Proteine in Adipozyten reproduziert werden, wie z.B. eine erhöhte Sekretion von IL-6, Leptin und VEGF sowie eine verminderte Freisetzung von Adiponektin. Desweiteren zeigte sich eine potentielle anti-inflammatorische Wirkung der Hypoxie anhand einer verminderten TNF-α-induzierten NF-κB Signalwirkung. Diese führte zu einer verminderten Freisetzung der pro-inflammatorischen Chemokine MCP-1 und IL-8. Für das humane Fettgewebe konnten physiologische Sauerstoffspannungen zwischen 3-11% O2 nachgewiesen werden. Standard Protokolle sehen eine Differenzierung von Präadipozyten zu Adipozyten unter Raumluft vor, welche durch den deutlich höheren O2-Anteil der Luft (ca. 21% O2) nicht den jeweiligen Sauerstoffbedingungen im humanen Fettgewebe entspricht. Um physiologische Bedingungen nachzuahmen, wurden humane Adipozyten bei 10% und 5% O2 im Vergleich zu 21% Raumluft differenziert. Anhand der Expression diverser Differenzierungsmarker konnte gezeigt werden, dass unter allen drei Bedingungen die Differenzierung der Adipozyten vergleichbar war. Dahingegen zeigten sich entscheidende Unterschiede im Sekretionsverhalten der unter geringeren Sauerstoffspannungen differenzierten Adipozyten, da beispielsweise die Sekretion von Adiponektin deutlich erhöht war. Weiterhin zeigte sich sowohl eine basale, als auch Isoproterenol-induzierte Steigerung der Lipolyse in Adipozyten, die unter 10% und 5% O2 differenziert wurden im Vergleich zu unter Raumluft kultivierter Adipozyten. Durch die Validierung sowie Charakterisierung neuer und abundanter Adipokine konnte im Rahmen dieser Dissertation die wichtige Rolle des Fettgewebes als zentrales endokrines Organ, insbesondere im Kontext der Adipositas, unterstrichen werden. Desweiteren wurde gezeigt, dass verminderte Sauerstoffspannungen zu einer geringeren TNF-α-induzierten Inflammation in Adipozyten führten. Auch während der Adipogenese spielte die Sauerstoffkonzentration eine wichtige Rolle, da sowohl das Sekretionsverhalten als auch generelle Funktionen, wie die Lipolyse, beeinflusst wurden.
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Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Chemie Sonstige Einrichtungen/Externe » An-Institute » Deutsches Diabetes-Zentrum
Dokument erstellt am:	28.06.2012
Dateien geändert am:	28.06.2012
Promotionsantrag am:	03.04.2012
Datum der Promotion:	04.05.2012