Dokument: Adipose tissue as an endocrine organe: The role of adipocyte-derived cytokines in skeletal muscle insulin resistance

Titel:	Adipose tissue as an endocrine organe: The role of adipocyte-derived cytokines in skeletal muscle insulin resistance
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=6608
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20080116-094735-6
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Sell, Henrike [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 6,12 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 20.12.2007 / geändert 20.12.2007
Beitragende:	Prof. Dr. Eckel, Jürgen [Gutachter] Prof. Dr. Schmitt, Lutz [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 540 Chemie
Beschreibungen:	Das Fettgewebe stellt zusätzlich zu seiner Funktion als Energiespeicher auch ein endokrines Organ dar. Die Zunahme der Fettgewebsmasse, besonders des viszeralen Fetts, korreliert mit einem größeren Risiko für die Entwicklung von Stoffwechselkrankheiten wie Insulinresistenz und Typ-2-Diabetes. Dieser Zusammenhang beruht vermutlich auf einer verstärkten Freisetzung von bioaktiven Proteinen aus dem Fettgewebe, den so genannten Adipokinen, die wahrscheinlich den Energiehaushalt und die Insulinsensitivität regulieren. In vitro konnte gezeigt werden, dass eine Ko-Kultur mit Adipozyten oder die Behandlung mit Adipozyten-konditioniertem Medium Insulinresistenz in Skelettmuskelzellen induziert, ähnlich wie man es auch im Skelettmuskel diabetischer und adipöser Patienten beobachtet. In dieser Arbeit wird mit Hilfe der Ko-Kultur von Adipozyten und Skelettmuskelzellen die Art und Regulation von Adipozytenfaktoren untersucht, die an der Erzeugung von Insulinresistenz in Skelettmuskelzellen beteiligt sind. Außerdem ist es Ziel, Mechanismen und Signalwege aufzudecken, die mit Insulinresistenz in Skelettmuskel\-zellen im Zusammenhang stehen. Das Adipozytenhormon Adiponectin korreliert negativ mit Adipositas und Insulinresistenz und fungiert möglicherweise als wichtiges anti-diabetisches Agens. Gestörtes Insulinsignaling der Skelettmuskelzellen in der Ko-Kultur wird durch Behandlung mit Adiponectin verhindert. Außerdem sind Adipozyten-konditionierte Medien, die mit Adiponectin generiert wurden, nicht mehr in der Lage Insulinresistenz in Skelettmuskelzellen zu erzeugen. Da gleichzeitige Behandlung von Skelett\-muskelzellen mit Adiponectin und Adipozyten-konditioniertem Medium ein normales Insulinsignaling nicht wiederherstellt, schlussfolgern wir, dass Adiponectin hauptsächlich auf die Adipozyten wirkt. Die Analyse von Adipozyten-konditioniertem Medium durch Protein Arrays ergab, dass mindestens acht verschieden Zytokine nach Adiponectinbehandlung vermindert sezerniert werden. Adiponectin aktiviert dabei die AMPK. Pharmakologische Stimulation der AMPK-Aktivität führt ebenfalls zu einer verminderten Sekretion der meisten gemessenen Zytokine. Wir schließen aus diesen Daten, dass Adiponectin als Schlüsselregulator der Fettzellsekretion unter Beteiligung der AMPK fungiert. Die autokrine/parakrine Wirkung von Adiponectin auf die Zytokinausschüttung von Adipozyten könnte für den Schutz der Skelettmuskelzellen vor Insulinresistenz verantwortlich sein und stellt einen neuen Mechanismus der anti-diabetischen Wirkung dieses Adipokins dar. Humane Adipozyten sezernieren verschiedene pro-inflammatorische Adipokine wie IL-6, IL-8, MIP-1alpha/beta und MCP-1. Unter diesen Adipokinen ist lediglich MCP-1 in der Lage, in physiologischen Konzentrationen Insulinresistenz in Skelettmuskel\-zellen auszulösen. IL-6, IL-8 und MIP-1beta induzieren nur in sehr hohen Dosierungen Insulinresistenz. Der Effekt von MCP-1 auf das Insulinsignaling der Skelettmuskelzellen ist über ERK vermittelt, da Inhibition der ERK Insulinresistenz vollständig verhindert. Unsere Daten zeigen, dass ein einzelnes Adipokin den Insulinresistenz-erzeugenden Effekt von Adipozyten-konditioniertem Medium nachahmen kann. Dies ist ein Beleg für die Beteiligung von Adipokinen im negativen Crosstalk zwischen Fettgewebe und Skelettmuskel. MCP-1 könnte einen inflammatorischen molekularen Link zwischen Adipositas und Insulinresistenz darstellen. Skelettmuskelzellen exprimieren verschiedene Chemokinrezeptoren einschließlich CCR2, CCR4 und CCR10, die eine hohe Affinität für MCP-1 aufweisen. Die große Sensitivität der Skelettmuskelzellen für MCP-1 kann durch eine stärkere Expression von CCR2, dem Hauptrezeptor für MCP-1, im Vergleich zu Adipozyten erklärt werden. Die Expression von CCR2 nimmt mit Differenzierung der Skelettmuskelzellen ab, aber sie nimmt in insulinresistenten Skelettmuskelzellen wieder zu. Ein eindeutiger Zusammenhang zwischen der Stärke der Insulinresistenz und der Expression von CCR2 in Skelettmuskelzellen konnte jedoch nicht erbracht werden. Wir vermuten, dass die Regulation von CCR2 keinen Anteil an der Entwicklung von Insulinresistenz in Skelettmuskelzellen hat, was im Gegensatz zur herausragenden Bedeutung von CCR2 in der Fettgewebsinflammation und -insulinresistenz steht. Zusammenfassend kann man sagen, dass die Ko-Kultur von humanen Skelettmuskelzellen und Adipozyten ein ideales Model zur Untersuchung der Adipozyten-vermittelten Insulinresistenz in Skelettmuskelzellen darstellt. Wir können zeigen, dass Adipokine die Insulinresistenz sowohl verhindern als auch auslösen können und dass die Regulation der Adipozytensekretion eine entscheidende Rolle in der Erzeugung der Insulinresistenz spielt. Die Daten dieser Arbeit illustrieren mehrere neue Aspekte des komplexen negativen Crosstalk zwischen Adipozyten und Skelettmuskelzellen. Adipose tissue can be viewed as an endocrine organ in addition to its function in energy storage. Increased adipose tissue mass in obesity, especially in visceral adipose tissue depots, is associated with metabolic diseases such as insulin resistance and type 2 diabetes. This correlation is believed to be due to an increased release of a variety of bioactive proteins by adipose tissue, the so-called adipokines, which may regulate energy metabolism and insulin sensitivity. In vitro, it has been shown that co-culture with adipocytes or treatment with adipocyte-conditioned medium can induce insulin resistance in skeletal muscle cells. The degree of insulin resistance is similar to what is observed in muscle from diabetic and obese patients. In this thesis, the co-culture of adipocytes and skeletal muscle cells is used to elucidate the nature and regulation of adipose-derived factors that might participate in the generation of muscle insulin resistance. Furthermore, this work aims at revealing mechanisms and pathways involved in insulin resistance of skeletal muscle cells. The adipocyte hormone adiponectin is negatively correlated with obesity and insulin resistance and may exert an important anti-diabetic function. Impaired insulin signaling in skeletal muscle cells is normalized upon addition of adiponectin to the co-culture. Moreover, adipocyte-conditioned medium generated in the presence of adiponectin is unable to interfere with normal insulin signaling. As concomitant addition of adiponectin and adipocyte-conditioned medium to the myocytes fail to restore normal insulin action, we propose that adiponectin primarily acts on the adipocytes. Protein array analysis of adipocyte-conditioned medium reveals that the secretion of at least eight different cytokines is diminished in response to adiponectin. At the same time, adiponectin activates AMPK. Pharmacological AMPK stimulation also decreases the secretion of most of the measured cytokines. We therefore suggest that adiponectin operates as a key regulator of adipocyte secretory function involving activation of AMPK. The autocrine/paracrine action of adiponectin on cytokine release from adipocytes may prevent the induction of skeletal muscle insulin resistance and represents a new mechanism for the anti-diabetic effect of this adipokine. Human adipocytes secrete various pro-inflammatory adipokines including IL-6, IL-8, MIP-1alpha/beta, and MCP-1. Among these candidates, MCP-1 only is able to impair insulin signaling in skeletal muscle cells at doses similar to its physiological plasma concentrations. IL-6, IL-8 and MIP-1beta are effective in inducing muscle insulin resistance at very high concentrations only. The action of MCP-1 on insulin signaling in skeletal muscle cells occurs via activation of ERK as inhibition of this kinase completely inhibited the insulin resistance-inducing effect of adipocyte-conditioned medium. Our data show that a single adipokine can mimic the insulin resistance-inducing effect of adipocyte-conditioned medium providing evidence for an involvement of adipokines in the negative crosstalk between adipose tissue and skeletal muscle. MCP-1 may represent an inflammatory molecular link in the relationship between obesity and insulin resistance. Skeletal muscle cells express various chemokine receptors including CCR2, CCR4 and CCR10 which have strong affinity to MCP-1. The high sensitivity of skeletal muscle cells towards MCP-1 can be explained by a higher expression of the main MCP-1 receptor, namely CCR2, as compared to adipocytes. Expression of CCR2 is decreased during differentiation but upregulated in insulin-resistant skeletal muscle cells. However, we cannot find a clear correlation between the level of insulin resistance and CCR2 expression in skeletal muscle cells. We propose that regulation of CCR2 in skeletal muscle does not play a major role in muscle insulin resistance which is in contrast to a prominent role of CCR2 in adipose tissue inflammation and insulin resistance. In summary, the co-culture of human skeletal muscle cells and adipocytes represents an ideal model to study various aspects of adipocyte-mediated insulin resistance in skeletal muscle. We can demonstrate that insulin resistance can be prevented and mimicked by adipokines and that adipocyte secretion may be crucial in the induction of insulin resistance. This work illustrates several novel aspects of the complex negative crosstalk between adipocytes and skeletal muscle cells.
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Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Chemie » Biochemie
Dokument erstellt am:	20.12.2007
Dateien geändert am:	20.12.2007
Promotionsantrag am:	19.07.2007
Datum der Promotion:	12.12.2007