Dokument: Role of the Rab GTPase activating proteins TBC1D1 and TBC1D4 in the regulation of skeletal muscle fatty acid metabolism

Titel:	Role of the Rab GTPase activating proteins TBC1D1 and TBC1D4 in the regulation of skeletal muscle fatty acid metabolism
Weiterer Titel:	Die Rolle der RabGTPase-aktivierenden Proteine TBC1D1 und TBC1D4 bei der Regulation des Fettstoffwechsels von Skelettmuskeln
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=52352
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20200415-105755-5
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	M.Sc. Benninghoff, Tim [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 13,65 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 21.02.2020 / geändert 21.02.2020
Beitragende:	Prof. Dr. Feldbrügge, Michael [Gutachter] Prof. Dr. Al-Hasani, Hadi [Gutachter]
Stichwörter:	RabGAP, fatty acid metabolism, fatty acid uptake, fatty acid oxidation, skeletal muscle, TBC1D1, TBC1D4, Rab proteins
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 540 Chemie
Beschreibungen:	Metabolic flexibility is a key feature of skeletal muscle tissue to adapt to changing energy demands and substrate availability. The Rab GTPase-activating protein (RabGAP) TBC1D1 has previously been described to play a critical role in skeletal muscle and whole-body lipid and glucose metabolism, respectively. Tbc1d1-deficient mice exhibit a disturbed glucose uptake into skeletal muscle under insulin-stimulated conditions and after exposure to the AMPK activator AICAR (5-aminoimidazole-4-carboxyamide-1-β-D-ribofuranoside). In addition, both, in vivo lipid utilization as well as fatty acid uptake and oxidation in skeletal muscle cells are enhanced upon Tbc1d1-deficiency. Thus, it was concluded that TBC1D1 represents a molecular switch between glucose and lipid utilization, primarily acting in the skeletal muscle. In the present study, it could be demonstrated that TBC1D1 and its closely related RabGAP TBC1D4 (= AKT substrate of 160 kDa, AS160) mediate their metabolic action by directly regulating the activity of small Rab GTPases in skeletal muscle cells. Knockdown of the previously described RabGAP downstream targets Rab8a, Rab8b, Rab10, Rab14 and Rab40b in C2C12 myotubes resulted in decreased long-chain-fatty acid uptake. Moreover, data obtained in isolated murine skeletal muscles and cultivated C2C12 myotubes indicated that the RabGAP-mediated processes are predominantly dependent on changes in the translocation of fatty acid transport protein FATP4. Besides the direct impact of TBC1D1 and TBC1D4 on skeletal muscle lipid metabolism, additional indirect alterations of skeletal muscle physiology could be shown. Tbc1d1-depleted C2C12 myotubes exhibit increased mRNA expression of Fatp4 and pyruvate dehydrogenase kinase 4 (Pdk4), and FATP4 as well as PDK4 protein abundance is increased in skeletal muscle from Tbc1d1-deficient mice. In addition, investigation of skeletal muscle lipid composition reveals alterations of lipid distribution and potentially activity of key enzymes responsible for the cellular lipid composition. Further studies will focus on the mechanisms underlying the molecular connection between RabGAP action and expression as well as activity of enzymes controlling lipid metabolism in skeletal muscle and, as a consequence, whole-body energy metabolism. Metabolische Flexibilität ist eine besondere Eigenschaft von Skelettmuskelgewebe, um sich an einen verändernden Energiebedarf, sowie an eine sich verändernde Energiesubstratverfügbarkeit anzupassen. Für das Rab GTPase-aktivierende Protein (RabGAP) TBC1D1 konnte gezeigt werden, dass es eine entscheidende Rolle im Lipid- und Glukosestoffwechsel, sowohl von Skelettmuskeln, als auch des gesamten Körpers, spielt. Mäuse mit einer Tbc1d1-Defizienz weisen eine gestörte Glukoseaufnahme in Skelettmuskeln nach Insulinstimulation, sowie nach Stimulation mit dem AMPK-Aktivator AICAR (5-Aminoimidazol-4-Carboxyamid-1-β-D-Ribofuranosid) auf. Darüber hinaus sind sowohl der in vivo Fettverbrauch, als auch die Aufnahme und Oxidation von Fettsäuren in Skelettmuskelzellen unter Tbc1d1-defzienten Bedingungen erhöht. Daraus wurde geschlussfolgert, dass TBC1D1 vornehmlich in Skelettmuskeln als molekularer Schalter zwischen Glukose- und Fettstoffwechsel fungiert. In der vorliegenden Studie konnte gezeigt werden, dass sowohl TBC1D1, als auch dessen nahe verwandtes RabGAP TBC1D4 (= AKT Substrate of 160 kDa, AS160) ihre Wirkung auf den Stoffwechsel von Skelettmuskelzellen durch eine direkte Regulation der Aktivität on kleinen Rab GTPasen vermitteln. Ein siRNA-vermittelter Knockdown von bereits bekannten Substraten der RabGAPs TBC1D1 und TBC1D4 aus der Familie der kleinen Rab GTPase Rab8a, Rab8b, Rab10, Rab14 und Rab40b in differenzierten C2C12 Skelettmuskelzellen führte zu einer Verminderung der Aufnahme langkettiger Fettsäuren. Darüber hinaus lassen Ergebnisse aus Versuchen an isolierten murinen Skelettmuskeln und kultivierten C2C12 Skelettmuskelzellen darauf schließen, dass die RabGAP-vermittelten Veränderungen des Fettstoffwechsels vornehmlich auf eine veränderte Translokation des Fettsäuretransportproteins 4 (FATP4) zurückzuführen sind. Neben einem direkten Einfluss von TBC1D1 und TBC1D4 auf den Fettstoffwechsel von Skelettmuskelzellen konnten auch indirekt vermittelte Veränderungen der Muskelphysiologie nachgewiesen werden. In differenzierten C2C12 Myotuben führt eine siRNA-vermittelte Reduktion von Tbc1d1 zu einer verstärkten mRNA-Expression von Fatp4 und der Pyruvatdehydrogenasekinase 4 (Pdk4). Darüber hinaus weisen Skelettmuskeln von Tbc1d1-defizienten Mäusen eine verstärkte Proteinexpression von FATP4 und PDK4 auf. Zusätzlich konnte durch Untersuchungen des Lipidprofils von murinen Skelettmuskeln gezeigt werden, dass sich die Zusammensetzung von Fettsäuren in Abhängigkeit von TBC1D1 verändert, möglicherweise durch eine veränderte Aktivität von Enzymen der Lipidprozessierung. Weiterführende Untersuchungen sollen sich auf den Mechanismus konzentrieren, der der Verbindung von RabGAP-Effekten und der Expression und Aktivität von Enzymen zugrunde liegt, die den Lipidstoffwechsel von Skelettmuskeln und letztendlich den Energiestoffwechsel des gesamten Körpers beeinflussen.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Sonstige Einrichtungen/Externe » An-Institute » Deutsches Diabetes-Zentrum
Dokument erstellt am:	15.04.2020
Dateien geändert am:	15.04.2020
Promotionsantrag am:	01.04.2019
Datum der Promotion:	05.12.2019