Dokument: Positive Allosteric Modulation of the GABAA Receptor exhibits Hepatoprotective Potential as a First-in-Class Treatment Approach for NAFLD

Titel:	Positive Allosteric Modulation of the GABAA Receptor exhibits Hepatoprotective Potential as a First-in-Class Treatment Approach for NAFLD
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=63778
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20231006-100230-1
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Rohbeck, Elisabeth Margarete [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 3,26 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 29.09.2023 / geändert 29.09.2023
Beitragende:	Prof. Dr. Eckel, Jürgen [Gutachter] Prof. Dr. Grandoch, Maria [Gutachter]
Stichwörter:	NAFLD, GABAA receptor, PAM, pharmacological therapy
Dewey Dezimal-Klassifikation:	600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften » 610 Medizin und Gesundheit
Beschreibungen:	Non-alcoholic fatty liver disease (NAFLD) has become one of the most common liver diseases worldwide, with a global prevalence of approximately 25% in the general population. NAFLD encompasses a broad continuum with different pathological entities and is recognised as the hepatic manifestation of the metabolic syndrome. The underlying pathogenesis is a multifactorial interplay of metabolic alterations, including lipid accumulation and insulin resistance as primary drivers. Our research on hepatic energy metabolism demonstrated that mitochondrial functionality can subsequently adapt to metabolic challenges by increased respiration up to an advanced stage of NAFLD, accompanied by oxidative and endoplasmic reticulum (ER) stress. In the following, molecular pathways of inflammation, apoptosis, and fibrogenesis are activated and promote pathogenic progression. Considering the strong association between obesity and the pathogenesis of NAFLD, dietary interventions and weight loss play a key role in the prevention, especially in early childhood. Accordingly, the present work investigated the efficacy of a special dietary intervention, mimicking human milk, fed to mice in early life. We demonstrated that the so-called Concept diet with its large, phospholipid-coated lipid droplets improved hepatic mitochondrial respiration, oxidative capacity, and lipid metabolism acutely and under an obesogenic environment later in the life. Although early-life nutrition can have a long-lasting impact on adult metabolic health as a preventive attempt, dietary treatment approaches might not be sufficient for NAFLD patients in most cases. Due to the complexity of NAFLD, a multitarget approach of combined pharmaceuticals may be required. However, not even one specific pharmacological therapy for NAFLD has been approved yet. Therefore, we additionally explored an innovative pharmacological strategy with the focus on the gamma-aminobutyric acid (GABA)ergic system as therapeutic target. The thioacrylamide molecule HK4 was designed to act as a positive allosteric modulator of the GABAA receptor, which was confirmed by patch clamping, Ca2+ influx measurements, and assays with non-competitive antagonist GABAA channel blockers. Our research highlighted that HK4 effectively prevented palmitic acid-induced ER stress, inflammation, DNA fragmentation, and cell death, particularly apoptosis. The beneficial effects of HK4 appear to be mediated by modifications of the transcription factors NF-κB and STAT3. Comprehensive 3’ mRNA sequencing analyses revealed a lipotoxicity-induced transcriptional dysregulation by palmitic acid and a restoration of the initial gene expression pattern by HK4. Several gene clusters, comprising oxidative phosphorylation, mitochondrial dysregulation, protein ubiquitination, apoptosis, and cell cycle regulation, were primarily affected by HK4 in a protective manner. Underlying mechanisms of the GABAergic signalling and key upstream regulators orchestrating metabolic stress responses could be placed in the overall context of the mode of action. Taken together, our findings support a better understanding of the pathophysiological mechanisms during NAFLD progression and the benefit of pharmacological interference of the GABAA receptor. While dietary interventions and weight loss remain the cornerstone of NAFLD treatment, additional pharmacological approaches are urgently needed. We highlighted hepatoprotective effects of positive allosteric modulators of the GABAA receptor, implicating a great therapeutic potential as a first-in-class treatment concept for NAFLD. Die nichtalkoholische Fettlebererkrankung (NAFLE) zählt mit einer Prävalenz von 25 % zu einer der häufigsten Lebererkrankungen weltweit. Die NAFLE umfasst ein breites Kontinuum an pathologischen Entitäten und wird als hepatische Manifestation des metabolischen Syndroms betrachtet. Die zugrundeliegende Pathogenese ist ein multifaktorielles Zusammenspiel verschiedener Stoffwechselveränderungen mit der Lipidakkumulation und der Insulinresistenz als Haupttreiber. Unsere Forschung zum Energiestoffwechsel der Leber konnte zeigen, dass sich die mitochondriale Funktionalität bis zu einem fortgeschrittenen Stadium der NAFLE an die metabolischen Herausforderungen anpassen kann, einhergehend mit zellulärem Stress. In Folge werden Signalwege der Inflammation, Apoptose und Fibrogenese induziert, die das Fortschreiten der Erkrankung fördern. Aufgrund des engen Zusammenhangs zwischen Adipositas und der Pathogenese von NAFLE spielen Ernährungsmaßnahmen, insbesondere im Kindesalter, eine Schlüsselrolle bei der Prävention. Daher wurde in der vorliegenden Arbeit die Wirkung einer speziellen Muttermilch-imitierenden Diät an jungen Mäusen untersucht. Wir konnten zeigen, dass die großen, phospholipidbeschichteten Lipidtröpfchen in der so genannten Concept-Diät die hepatische mitochondriale Atmung, die oxidative Kapazität und den Lipidstoffwechsel akut und unter adipogenen Einflüssen im späteren Leben verbessert. Obwohl die frühkindliche Ernährung einen langanhaltenden, präventiven Einfluss auf die metabolische Gesundheit im Erwachsenenalter haben kann, reichen diätetische Behandlungsansätze für NAFLE-Patienten meist nicht aus. Auf Grund der Komplexität von NAFLE, ist möglicherweise ein vielfältiger Ansatz mit kombinierten Arzneimitteln erforderlich. Bisher wurde jedoch noch keine spezifische pharmakologische Therapie zugelassen. Daher haben wir uns zusätzlich auf eine innovative pharmakologische Strategie konzentriert, die das gamma-Aminobuttersäure (GABA)erge System adressiert. Das Thioacrylamid-Molekül HK4 wurde als positiver allosterischer Modulator des GABAA-Rezeptors konzipiert, bestätigt durch Patch-Clamp und Ca2+ Einstrom-Messungen sowie Analysen mit nicht-kompetitiven antagonistischen GABAA-Rezeptor-Blockern. Unsere Forschungsergebnisse zeigten, dass HK4 den durch Palmitinsäure-induzierten Stress des endoplasmatischen Retikulums, Inflammation, DNA-Fragmentierung und Zelltod, insbesondere Apoptose, effektiv verhinderte. Diese positiven Wirkungen werden potentiell durch Modifikationen der Transkriptionsfaktoren NF-κB und STAT3 vermittelt. Umfassende 3'-mRNA-Sequenzierungs-Analysen bestätigten Lipotoxizität-induzierte Dysregulationen der Transkription und die Wiederherstellung des ursprünglichen Genexpressionsmusters durch HK4. HK4 beeinflusste insbesondere Gencluster der oxidativen Phosphorylierung, mitochondrialen Dysregulation, Ubiquitinierung von Proteinen, Apoptose und Regulierung vom Zellzyklus. Die zugrundeliegenden Mechanismen der GABAergen Signaltransduktion und übergeordneten Regulatoren, die insbesondere metabolische Stressreaktionen steuern, konnten in den Kontext der Wirkungsweise eingeordnet werden. Insgesamt tragen unsere Ergebnisse zu einem besseren Verständnis der pathophysiologischen Mechanismen bei der Progression der NAFLE und der pharmakologisch nützlichen Rolle der Modulation des GABAA-Rezeptors bei. Während diätetische Maßnahmen und eine Gewichtsreduktion für die Behandlung von NAFLE grundlegend bleiben, sind zusätzliche pharmakologische Ansätze dringend erforderlich. Wir haben hepatoprotektive Effekte von positiven allosterischen Modulatoren des GABAA-Rezeptors hervorgehoben, die ein großes therapeutisches Potenzial als first-in-class Behandlungskonzept für NAFLE darstellen.
Lizenz:	Dieses Werk ist lizenziert unter einer Creative Commons Namensnennung 4.0 International Lizenz
Fachbereich / Einrichtung:	Sonstige Einrichtungen/Externe » An-Institute » Deutsches Diabetes-Zentrum
Dokument erstellt am:	06.10.2023
Dateien geändert am:	06.10.2023
Promotionsantrag am:	25.07.2023
Datum der Promotion:	27.09.2023