Dokument: Die Rolle der neuen Adipokine WISP1 und sFRP4 in Adipositas und Typ 2 Diabetes und ihr Einfluss auf die Insulinwirkung und den Energiemetabolismus in Muskel und Leber

Titel:	Die Rolle der neuen Adipokine WISP1 und sFRP4 in Adipositas und Typ 2 Diabetes und ihr Einfluss auf die Insulinwirkung und den Energiemetabolismus in Muskel und Leber
Weiterer Titel:	The role of the novel adipokines WISP1 and sFRP4 in obesity and type 2 diabetes and their impact on insulin action and energy metabolism in muscle and liver
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=47839
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20181119-082345-1
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Deutsch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Hörbelt, Tina [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 9,33 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 14.11.2018 / geändert 14.11.2018
Beitragende:	Prof. Dr. Al-Hasani, Hadi [Betreuer/Doktorvater] Prof. Dr. Feldbrügge, Michael [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 540 Chemie
Beschreibungen:	Zusammenfassung Die allgemeine Zunahme von Fettleibigkeit (Adipositas) ist ein aktuelles globales Gesundheitsproblem, insbesondere da sie mit einem erhöhten Risiko für die Entwicklung eines Typ 2 Diabetes (T2D) und auch einer nicht-alkoholischen Fettleber (NAFLD) assoziiert ist. Das weiße Fettgewebe ist in den letzten Jahren in den Fokus der Diabetes-Forschung gerückt, da es neben seiner zentralen Funktion als Speicherorgan für überschüssige Nahrungsenergie in Form von Lipiden, in Abhängigkeit der Schwere der Adipositas verschiedenste bioaktive Proteine, sogenannte Adipokine, exprimiert und sekretiert. Adipokine können auto-, para- sowie endokrin wirken und so direkt den Stoffwechsel metabolisch aktiver Organe wie z.B. Leber und Skelettmuskel beeinflussen. Einhergehend mit dem Schweregrad der Adipositas und der Störung der metabolischen Funktion des Fettgewebes, ändert sich das Sekretionsprofil der Adipokine. Kürzlich wurden die Wnt-Proteine Wnt1-Inducible Signaling Pathway Protein 1 (WISP1) und Secreted Frizzled-Related Potein 4 (sFRP4) als Adipokine bei Mensch und Maus identifiziert. Obwohl WISP1 und sFRP4 bereits mit Adipositas und/oder T2D in Zusammenhang gebracht wurden, gab es bislang kaum Hinweise über ihre Rolle im Stoffwechsel. Das Ziel der vorliegenden Arbeit bestand in der Klärung der Rolle von WISP1 und sFRP4 bei Adipositas und T2D sowie ihre potentielle Interaktion mit dem Leber- und Skelettmuskel Metabolismus. Untersuchungen von Seren normalgewichtiger Männer und adipöser Probanden ohne und mit T2D zeigten, dass WISP1 unabhängig vom Diabetesstatus in adipösen Männern gesteigert war. Dies konnte auch für die mRNA-Expression von WISP1 in viszeralen Fettgewebsproben (VAT) bestätigt werden. Hingegen war die Expression von sFRP4 in VAT von adipösen Typ 2 Diabetikern zusätzlich gesteigert. Physiologisch korrelierten die Serum- und mRNA-Level von WISP1 positiv mit Insulinresistenz (HOMA-IR), und zirkulierendes WISP1 in Serum korrelierte negativ zum Gutt´s Index der Insulinsensitivität in adipösen Individuen. Analog zu WISP1 konnten Korrelationen für die sFRP4 VAT-Expression mit Insulinresistenz sowie den nüchtern Insulinwerten ermittelt werden, die jedoch BMI-abhängig waren. Zusätzlich assoziierte die sFRP4 VAT-Expression unabhängig von Alter und BMI signifikant mit Triglyzeriden und Adiponektin im Serum. Die Stimulation von Skelettmuskel-Zellen und Hepatozyten mit rekombinantem WISP1 in vitro, führte zu einer verminderten Insulinwirkung auf Ebene des Insulinrezeptor-initiierten Akt-Signalweges. In primären humanen Skelettmuskel-Zellen resultierte dies in einer reduzierten Insulin-vermittelten Glykogensynthese und in primären murinen Hepatozyten in einer verminderten Insulin-induzierten Unterdrückung der Expression der Glukoneogenese-assoziierten Gene Pck1 (Phosphoenolpyruvate Carboxykinase 1) und G6Pc (Glucose-6-Phosphatase). In in vitro Experimenten mit Myotuben, die mit rekombinantem sFRP4 behandelt wurden, konnte gezeigt werden, dass die mitochondriale Atmung, die Proteasomaktivität sowie die Degradation von IRS-1 durch sFRP4 induziert wurden und eine gesteigerte Abundanz der E3 Ubiquitin Ligasen MuRF1 and MAFbx/atrogin-1 über einen AMPK-FoxO3a-vermittelten Signalweg nachweisbar war. Rekombinantes sFRP4 bewirkte in vitro in Hepatozyten, die aus Lebern von C57Bl6-Kontrollmäusen isoliert wurden, eine reduzierte Insulinwirkung auf die Phosphorylierung von Akt, GSK3β und FoxO1, sowie eine gesteigerte Degradation von IRS-1. sFRP4 reduzierte auch die Insulinwirkung auf die Phosphorylierung von Akt, GSK3β und FoxO1 in metabolisch-beeinträchtigten Hepatozyten, isoliert aus dem lipodystrophen NAFLD-Mausmodell aP2-SREBP-1c. FoxO konnte als ein gemeinsamer Endpunkt der sFRP4-Wirkung in Skelettmuskel-Zellen und in Hepatozyten nachgewiesen werden. Untersuchungen des Glukose- und des Lipidstoffwechsels an isolierten C57Bl6 Hepatozyten zeigten, dass sFRP4 die Insulinwirkung auf die mRNA-Expression von G6pc und Pck1 sowie der Glykogensynthese beeinträchtigte und die Lipidsynthese steigerte. In aP2-SREBP-1c Hepatozyten konnte jedoch kein Effekt auf die Insulin-vermittelte Lipidsynthese nachgewiesen werden. Diese durch sFRP4 induzierten differentiellen Effekte fanden sich auch in den Resultaten der Sekretomanalysen von Hepatozyten aus C57Bl6 und aP2-SREBP-1c Mäusen wieder. So wurde in bioinformatischen Analysen z.B. der Glukokortikoid-Rezeptor Signalweg als maßgebend für das Sekretionsmuster beider Modelle identifiziert. Zusammenfassend konnte im Rahmen dieser Arbeit dargelegt werden, dass WISP1 und sFRP4 als Indikatoren für Adipositas und/oder T2D herangezogen werden können. WISP1 konnte als ein maßgeblicher Faktor für Adipositas unabhängig von T2D nachgewiesen werden, der mit einer systemischen und fettgewebespezifischen Inflammation sowie einer zellspezifisch verminderten Insulinwirkung in Skelettmuskel-Zellen und Hepatozyten einhergeht. sFRP4 bewirkte eine gesteigerte Proteasomaktivität in Skelettmuskel-Zellen, die mit dem Abbau von IRS-1 assoziierte. Im Gegensatz dazu induzierte sFRP4 in metabolisch-intakten und dysfunktionalen Hepatozyten einen selektiv insulin-resistenten Status, der sich in einer Inhibition des Insulin-Signalweges aber in einer Zunahme oder Aufrechterhaltung der Insulin-vermittelten Lipidsynthese widerspiegelte. Basierend auf den Resultaten der vorliegenden Arbeit, stellen WISP1 und sFRP4 vielversprechende Kandidaten für weitere Forschungsansätze dar, die der therapeutischen Prävention und Behandlung von Adipositas, Insulinresistenz und metabolischen Erkrankungen wie Diabetes und NAFLD dienen können. Summary The general increase in obesity is a current global health problem, especially as it is associated with an increased risk of developing type 2 diabetes (T2D) and non-alcoholic fatty liver disease (NAFLD). White adipose tissue (WAT) has moved into the focus of diabetes research in recent years, since in addition to its central function as a storage organ for excess food energy in form of lipids, WAT expresses and secretes various bioactive proteins, called adipokines, depending on the severity of obesity. Adipokines act in auto-, para- and endocrine manner and thus directly affect the metabolism of organs such as liver and skeletal muscle. Along with the severity of obesity and metabolic dysfunction of WAT, the secretion profile of adipokines changes. Recently the Wnt proteins Wnt1-inducible signaling pathway protein 1 (WISP1) and secreted frizzled-related protein 4 (sFRP4) were identified as adipokines in humans and mice. Although WISP1 and sFRP4 have already been linked to obesity and/or T2D, their role in metabolism is still incompletely understood. The objective of the present work was to clarify the influence of WISP1 and sFRP4 in obesity and T2D and their potential interaction with liver and skeletal muscle metabolism. Examinations of serum samples of normal-weight men and obese probands without and with T2D revealed an increase of WISP1 in obese men independent of their diabetes status. This also has been found for the mRNA expression of WISP1 in visceral adipose tissue (VAT) biopsies. In contrast, sFRP4 VAT expression was further increased in obese type 2 diabetics. Physiologically, serum and mRNA levels of WISP1 positively correlated with insulin resistance (HOMA-IR), while circulating WISP1 negatively correlated to the Gutt´s Index of insulin sensitivity in obese individuals. Similar to WISP1, sFRP4 VAT expression correlated with insulin resistance and fasting insulin values but in dependence of BMI. In addition, sFRP4 VAT expression significantly associated with serum triglycerides and adiponectin levels independently of age and BMI. Stimulation of skeletal muscle cells and hepatocytes with recombinant WISP1 in vitro reduced the insulin effect on level of the insulin receptor-activated Akt signaling pathway. In primary human skeletal muscle cells this resulted in reduced insulin-induced glycogen synthesis and in primary murine hepatocytes in an impaired insulin-mediated suppression of the expression of the gluconeogenic genes phosphoenolpyruvate carboxykinase 1 (Pck1) and glucose-6-phosphatase c (G6pc). In in vitro experiments with myotubes treated with recombinant sFRP4 it has been shown that mitochondrial respiration, proteasome activity and degradation of IRS-1 were induced while the abundance of the E3 ubiquitin ligases MuRF1 and MAFbx/atrogin-1 was increased via an AMPK-FoxO3a-mediated signaling pathway. Recombinant sFRP4 reduced the insulin action on the phosphorylation of Akt, GSK3β and FoxO1, but promoted degradation of IRS-1 in hepatocytes isolated from livers of C57Bl6 control mice. sFRP4 also remarkably diminished the effect of insulin on phosphorylation of Akt, GSK3β and FoxO1 in metabolically impaired hepatocytes isolated from the lipodystrophic NAFLD mouse model aP2-SREBP-1c. Thus, FoxO was identified as a common endpoint affected by sFRP4 in vitro in skeletal muscle cells and hepatocytes. Studies of glucose and lipid metabolism in isolated C57Bl6 hepatocytes showed that sFRP4 impaired the insulin action on G6pc and Pck1 expression and glycogen synthesis while enhanced insulin action on lipid synthesis. However, in aP2-SREBP-1c hepatocytes no effect on the insulin-mediated lipid synthesis could be detected. These differential effects of sFRP4 were also found in the evaluation of hepatocytes secretomes from C57Bl6 and aP2-SREBP-1c mice. Thus, bioinformatic analyses identified that the secretion profile of both mouse models was for instance predominantly determined by the glucocorticoid receptor signaling pathway. In conclusion, this work demonstrated that WISP1 and sFRP4 can be used as indicators for obesity and/or T2D. WISP1 has been detected as a significant factor for obesity independent of T2D, which associated with systemic and adipose tissue inflammation and with a cell-specific reduced insulin effect on skeletal muscle cells and hepatocytes. sFRP4 increased proteasome activity in skeletal muscle cells that associated with the degradation of IRS-1. Whereas in metabolically intact and dysfunctional hepatocytes, sFRP4 induced a selective insulin-resistant state reflected in an impaired insulin signaling pathway but an increase or maintenance of insulin-mediated lipid synthesis. Based on the results of the present work, WISP1 and sFRP4 are promising candidates for further research approaches in the therapeutic prevention and treatment of obesity, insulin resistance and metabolic diseases such as diabetes and NAFLD.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Sonstige Einrichtungen/Externe » An-Institute » Deutsches Diabetes-Zentrum
Dokument erstellt am:	19.11.2018
Dateien geändert am:	19.11.2018
Promotionsantrag am:	26.07.2018
Datum der Promotion:	09.10.2018