Dokument: DPP4 and its role in vascular dysfunction
| Titel: | DPP4 and its role in vascular dysfunction | |||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=42347 | |||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20170519-103204-4 | |||||||
| Kollektion: | Dissertationen | |||||||
| Sprache: | Englisch | |||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation | |||||||
| Medientyp: | Text | |||||||
| Autor: | Indrakusuma, Ira [Autor] | |||||||
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| Beitragende: | Prof. Dr. Eckel, Jürgen [Gutachter] Prof. Dr. Lammert, Eckhard [Gutachter] | |||||||
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie | |||||||
| Beschreibungen: | Zusammenfassung
Adipositas, stellt ein wesentliches globales Gesundheitsproblem dar und ist mit der Entstehung von metabolischen Erkrankungen wie Typ 2 Diabetes assoziiert. Zusätzlich, wird Adipositas auch mit einem erhöhten Risiko für die Entwicklung von kardiovaskulären Erkrankungen, momentan die Hauptursache für Mortalität weltweit, in Zusammenhang gebracht. In diesem Kontext erlangte das Fettgewebe in den letzten Jahren besondere Aufmerksamkeit. Weißes Fettgewebe spielt eine wichtige Rolle in der Regulation des Energiestoffwechsels und stellt ein endokrines Organ dar, das eine Vielzahl verschiedener bioaktiver Proteine, sogenannte Adipokine, freisetzt. Infolge des beständigen, multidirektionalen Crosstalks zwischen den Organen, beeinflussen sekretierte Adipokine das Fettgewebe und periphere Organe wie die Leber, den Skelettmuskel oder das Gefäßsystem auf para- und endokrine Weise. Während des Verlaufs der Adipositas ändert sich die Funktion und Struktur des Fettgewebes sowie dessen Sekretionsprofil. Das nun durch pro-inflammatorische Adipokine geprägte Profil, kann zur Schädigung entfernter Organe führen und repräsentiert somit eine potentielle Verknüpfung zwischen Adipositas und metabolischen sowie kardiovaskulären Erkrankungen. Erst kürzlich konnte unsere Arbeitsgruppe Dipeptidyl Peptidase 4 (DPP4) als neues Adipokin, dessen Expression im Fettgewebe und der Zirkulation im Zustand der Adipositas hochreguliert wird, identifizieren und charakterisieren. Zu den Substraten von DPP4, ein Glykoprotein, welches endständige Dipeptide von diversen Proteinen enzymatisch abspaltet, gehören unter anderem die Inkretinhormone Glucagon-like Peptid 1 (GLP-1) und Gastroinhibitorisches Peptid (GIP). Unter physiologischen Bedingungen stimulieren diese Hormone die Insulinsekretion und inhibieren die Bildung von Glukagon, wodurch die Konzentration des Blutzuckers gesenkt wird. Aufgrund der vermehrten Spaltung dieser Proteine durch hohe Konzentrationen von DPP4 erfolgt eine Inaktivierung, die eine Störung des Glukosehaushalts nach sich zieht. Daher werden derzeit DPP4 Inhibitoren (DPP4i) für die Behandlung von Stoffwechselerkrankungen wie Typ 2 Diabetes genutzt. Zusätzlich ist der Gehalt an DPP4 im Blut adipöser Individuen erhöht und korreliert mit verschiedenen Charakteristika des Metabolischen Syndroms, so dass DPP4 als Link zwischen Adipositas und metabolischen als auch kardiovaskulären Störungen in Betracht gezogen wird. In Übereinstimmung dieser Erkenntnis konnten bereits mehrere in vivo und in vitro Studien einen kardio-protektiven Effekt von DPP4i aufdecken. Klinische Studien allerdings zeigten kontroverse Resultate und konnten bisherige Daten nicht vollständig bestätigen. Trotz der intensiven Analysen von DPP4i ist die Funktion des Proteins auf periphere Organe bisher noch nicht genau bekannt. Um die Rolle von DPP4 während diätinduzierter Adipositas zu evaluieren, wurde eine Fettgewebe-spezifische DPP4 Knockout (AT-DPP4-KO) Maus generiert, da das Fettgewebe während Adipositas eine wichtige Quelle von zirkulierendem DPP4 darstellt. Das Fehlen von DPP4 im Fettgewebe resultierte in einer vorteilhaften Umstrukturierung des Fettgewebes und einer verbesserten Insulinsensitivität der Leber, welche vermutlich auf die reduzierte Freisetzung von IGFBP3 aus dem Fettgewebe zurückzuführen ist. Dieser Mechanismus stellt eine neue Möglichkeit der Verknüpfung von Adipositas und Leberfehlfunktionen dar. Ex vivo wurde außerdem der direkte Effekt von DPP4 auf die Funktion der Endothelzellen untersucht. Der der negativen Wirkung von DPP4 auf den vaskulären Tonus zugrunde liegende Mechanismus involvierte die Erhöhung der Cyclooxygenase2 Expression und der Thromboxan A Sekretion sowie die Aktivierung des Protease-aktivierten Rezeptor (PAR) 2. Die Inhibierung von DPP4 mittels Linagliptin führte zu einer Zunahme der vaskulären Reaktionsfähigkeit von murinen, mesenterischen Gefäßen. Es ist bekannt, dass Adipositas schädliche Auswirkungen auf das Gefäßsystem hat. Eine wichtige Rolle im Gefäßsystem spielt der G-protein-gekoppelte Rezeptor PAR2, der sowohl in glatten Muskelzellen als auch in Endothelzellen exprimiert wird. PAR2 ist für die Regulation des vaskulären Tonus sowie für den Koagulationsprozess in der Gefäßwand verantwortlich. Unter pathologischen Konditionen wird PAR2 mit entzündlichen Prozessen und vaskulärer Fehlfunktion in Verbindung gebracht. Unsere Gruppe konnte in früheren Veröffentlichungen zeigen, dass die durch DPP4 induzierte Proliferation von glatten Muskelzellen PAR2 abhängig war. Des Weiteren konnte nachgewiesen werden, dass die Expression von PAR2 im Fettgewebe durch die Entwicklung von Adipositas zunimmt. Das Wissen über PAR2 im Gefäßsystem mit Assoziation zur Adipositas ist jedoch sehr limitiert. Unter Verwendung humaner glatter Muskelzellen konnte gezeigt werden, dass PAR2 als Mediator von pro-atherogenen Prozessen fungiert, die durch das Sekretom von aus dem Fettgewebe übergewichtiger Patienten isolierten Adipozyten in Form von konditioniertem Medium hervorgerufen wurden. Überdies wurde nachgewiesen, dass die Proliferation von glatten Muskelzellen und die Induktion von entzündungsfördernden Faktoren die Transaktivierung des VEGFR2 benötigt. Daher stellt PAR2 ein potenzielles therapeutisches Ziel dar, das in der Behandlung von durch Adipositas induzierten vaskulären Erkrankungen genutzt werden kann. Zusammenfassend konnte gezeigt werden, dass unter diätinduzierter Adipositas das aus dem Fettgewebe stammende DPP4 die Funktion des Fettgewebes und der Leber beeinflusst. Der genetische Knockout von DPP4 im Fettgewebe führte entsprechend zu einer Umgestaltung des Gewebes und milderte die hervorgerufene hepatische Insulinresistenz. Diese Effekte wurden der verminderten Expression und Freisetzung von IGFBP3 zugeschrieben. Zusätzlich konnte ex vivo eine Verbesserung der vaskulären Reaktivität aufgrund der Inhibition von DPP4 beobachtet werden. Hierbei wurde die Involvierung des Rezeptors PAR2 aufgedeckt. In einem weiteren Element der Arbeit konnte die proatherogene Funktion von PAR2 im Gefäßsystem während Adipositas demonstriert werden. In diesem Zusammenhang spielt die Transaktivierung des VEGFR2 eine spezielle Rolle.Summary Obesity, a principal health problem worldwide, is strongly associated with the risk for developing metabolic disorders such as type 2 diabetes mellitus. Moreover, obesity is related to cardiovascular diseases, the major global cause for mortality. In this context adipose tissue (AT) biology gained considerable interest in the recent years. White AT has been recognized as an organ for energy storage and importantly as an endocrine organ, releasing a variety of adipocyte derived factors, named adipokines. In a permanent multi-directional inter-organ crosstalk, adipokines affect the function of AT and peripheral organs such as liver, skeletal muscle or the vasculature in a para- and endocrine manner. The function and structure of AT alters with the onset of obesity and so does the adipokine secretion pattern. In this state, a change towards a more pro-inflammatory adipose secretome can exert harmful effects on distant organs and might provide a link between obesity and its related diseases. Recently our group identified dipeptidyl peptidase 4 (DPP4) as a novel adipokine which is upregulated during obesity locally, in AT, and the circulation. DPP4, a glycoprotein cleaving dipeptides from the N-terminus of multiple proteins, targets the incretin system, particularly glucagon like peptide 1 (GLP-1) and gastric inhibitory polypeptide (GIP). Under physiological conditions, these hormones stimulate insulin secretion and inhibit the generation of glucagon, thereby lowering the concentration of glucose in the blood. Augmented truncation of these substrates by abundant DPP4 entails their inactivation and thus impairment of glucose homeostasis. Therefore, DPP4 inhibitors (DPP4i) are currently used to treat metabolic diseases such as type 2 diabetes mellitus. Moreover, circulating DPP4 levels are elevated in obesity and correlate with several markers of the metabolic syndrome, thereby potentially linking obesity and metabolic and cardiovascular disorders. In line, several in vitro and in vivo studies suggest a cardio-protective effect of DPP4i. However, clinical approaches do not totally confirm these data. Although DPP4i are extensively studied, the function of DPP4 on peripheral organs is yet not fully understood. In order to characterize the role of DPP4 in diet-induced obesity we generated a novel AT-specific DPP4 knockout (AT-DPP4-KO) mouse model, since AT was found to be an important source of DPP4 during obesity. Depletion of DPP4 resulted in beneficial AT remodeling and improvement of liver insulin sensitivity potentially through reduced release of adipose IGFBP3, thereby providing a novel mechanism linking obesity and hepatic insulin resistance. Additionally, we characterized the direct actions of DPP4 on endothelial function which involved cyclooxygenase2 activity and thromboxane A release, as well as activation of protease-activated receptor (PAR) 2 ex vivo. The inhibition of DPP4 by linagliptin increased vascular reactivity in murine mesenteric vessels. It is well known that obesity negatively affects the vascular wall. In the vascular system the G-protein coupled receptor PAR2 plays an essential role, thus the receptor has been found to be expressed in smooth muscle and endothelial cells. In the vascular wall its function is the regulation of vascular tone and the process of coagulation. Under pathophysiological conditions PAR2 is associated with inflammation and vascular dysfunction. Previous data from our group demonstrate that DPP4-mediated smooth muscle cell proliferation was PAR2-dependent. During obesity PAR2 levels are strongly upregulated in AT. However, the knowledge about PAR2 in the vasculature under obesogenic conditions is very limited. In an in vitro approach using human smooth muscle cells, PAR2 was recognized as a mediator of pro-atherogenic conditions induced by conditioned medium, which was obtained from isolated adipocytes of AT from overweight and obese subjects. Furthermore, the mechanism leading to smooth muscle cell proliferation and induction of pro-inflammatory factors comprised the transactivation of the VEGFR2. Therefore PAR2 might serve as a therapeutic target in the treatment of obesity-associated vascular diseases. In conclusion, AT-derived DPP4 was revealed to impact AT as well as liver function during diet-induced obesity. In vivo, DPP4 deletion was found to promote AT remodeling and to attenuate liver insulin resistance, involving diminished IGFBP3 expression and release. Moreover, ex vivo DPP4 led to impaired vascular reactivity including participation of PAR2. In this context, the last study provides data about the pro-atherogenic function of PAR2 in the vascular wall under obesogenic conditions. Here the transactivation of the VEGFR2 by activation of PAR2 is highlighted. | |||||||
| Lizenz: |  Urheberrechtsschutz | |||||||
| Fachbereich / Einrichtung: | Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Biologie | |||||||
| Dokument erstellt am: | 19.05.2017 | |||||||
| Dateien geändert am: | 19.05.2017 | |||||||
| Promotionsantrag am: | 13.12.2016 | |||||||
| Datum der Promotion: | 05.05.2017 |
