Dokument: Einfluss einer Diät assoziierten intramuskulären Lipid Akkumulation auf die Skelettmuskelfunktion bei Streptozotocin induziertem Diabetes mellitus im Mausmodell
| Titel: | Einfluss einer Diät assoziierten intramuskulären Lipid Akkumulation auf die Skelettmuskelfunktion bei Streptozotocin induziertem Diabetes mellitus im Mausmodell | |||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=72408 | |||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20260302-130613-8 | |||||||
| Kollektion: | Dissertationen | |||||||
| Sprache: | Deutsch | |||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation | |||||||
| Medientyp: | Text | |||||||
| Autor: | Große, Julian Niklas [Autor] | |||||||
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| Beitragende: | Prof. Dr. Krüger, Martina [Gutachter] Prof. Dr. Elvers, Margitta [Gutachter] | |||||||
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften » 610 Medizin und Gesundheit | |||||||
| Beschreibungen: | Diabetes mellitus und Adipositas sind mit einer Akkumulation von intramuskulären Lipiden in Form von Lipid Droplets (LD) assoziiert. Vor dem Hintergrund einer hohen Prävalenz und einer zunehmenden Inzidenz der Erkrankungen in der westlichen Bevölkerung, beschäftigt sich diese Arbeit mit den Auswirkungen akkumulierender LD auf die Muskelfunktion in der diabetischen Skelettmuskulatur. LD sind auch in gesunder Muskulatur zu finden und übernehmen bei körperlicher Aktivität eine wichtige Funktion in der Substratversorgung der arbeitenden Muskulatur. Sie bestehen aus einem Lipidkern und einem umgebenden Monolayer aus Phospholipiden, in den unter anderem Perilipine (PLIN) eingelagert sind. In dieser Arbeit stehen die Perilipine 2 und 5 im Fokus, die an der Regulation des muskulären Energiestoffwechsels beteiligt sind. Zusätzlich wird die Auswirkungen der Diabetes mellitus Erkrankung auf das Protein Titin untersucht. Titin ist das größte Protein des menschlichen Körpers und wird neben Aktin und Myosin auch als drittes Myofilament bezeichnet. Es spannt sich im Sarkomer zwischen Z-Streifen und dem Myosinfilament auf und hält aufgrund seiner elastischen Eigenschaften und passiven Spannung bei Dehnung die Filamente Aktin und Myosin in Position zueinander. Die Steife des Titins kann über posttranslationale Veränderungen moduliert werden, was im Zuge dieser Arbeit untersucht wird.
Zur Analyse der Effekte der LD-Akkumulation auf Muskelkraft und Ermüdung wurde ein Mausmodell sowohl für Diabetes mellitus Typ I mittels Streptozotocin (STZ)- Behandlung als auch für Diabetes mellitus Typ II mittels STZ in Kombination mit High fat/ high sucrose (DIOSTZ) Futter erzeugt. Als Referenzgruppe dienten Kontrollmäuse ohne STZ- Behandlung bei Fütterung mit Standardfutter. Die in vitro Muskelkraftmessung wurde am präparierten M. soleus durchgeführt, wobei die maximale isometrische tetanische Kraft (PO) sowie die Ermüdung gemessen wurde. Außerdem wurde mittels SDS-Page und Western Blot Proteinanalysen durchgeführt. Dabei wurde eine Analyse des Phosphorylierungslevels am Titin für die Position Serin 11878 und an der Proteinkinase C α (PKCα) für die Position Threonin 497 durchgeführt. Ergänzend wurde biochemisch sowie immunhistochemisch die relative Menge von PLIN 2 und 5 in den jeweiligen Versuschsgruppen bestimmt. Zur Korrelation mit der Ermüdungsmessung wurden außerdem immunhistochemisch an Muskelquerschnitten die Muskelfasertypen- Verteilung analysiert. Als Arbeitshypothese wurde eine Beeinträchtigung der Muskelkraft durch die akkumulierten LD angenommen und tatsächlich konnte in der DIOSTZ- Versuchsgruppe eine signifikante Abnahme der PO um 59,38% beobachtet werden. In Bezug zur Arbeitshypothese wurde sowohl immunhistochemisch als auch biochemisch eine deutliche Zunahme der PLIN 2 (+27,9 ± 6,1%) und 5 (97,2% ± 9,5%) als Surrogat Marker für LD in den DIOSTZ behandelten Mäusen im Vergleich zur Kontrollgruppe festgestellt. Im Vergleich der STZ-Tiere mit der Kontrolle ergaben sich für PLIN2 zwar keine signifikanten Unterschiede, aber für PLIN5 eine Zunahme (35,5%±8,2%). Dies gilt zum einen als Proof of Concept für die Erzeugung von LD in vivo aber zum anderen bestätigen die Ergebnisse der PLIN-Analyse die Arbeitshypothese, sodass eine Akkumulation der LD die Muskelkraft beeinflussen kann. In der Ermüdungsmessung zeigten sich überraschenderweise in den diabetischen Versuchsgruppen eine langsamere Ermüdung Vergleich zur Kontrolle, was mit einer erhöhten PLIN5 Konzentration korreliert. In den diabetischen Mausgruppen kam es zu einer Abnahme der Typ IIB Muskelfasern und zusätzlich in der DIOSTZ Gruppe zu einer Abnahme der Typ I und korrelierenden Zunahme der Typ IIA Muskelfasern. Dies kann die langsamere Ermüdung nicht erklären, sodass die verstärkte Metabolisierung der LD als Erklärung herangezogen wird. Für die Analyse des Titins ergab sich eine Hypophosphorylierung im diabetischen M. soleus, trotz erhöhter PKCα- Aktivität, was ebenso die reduzierte Muskelkraft erklären kann. Die Ergebnisse beweisen eindeutig die Beeinträchtigung der Muskelfunktion im Diabetes melittus Typ II Modell, jedoch ergibt sich Forschungsbedarf zur Aufklärung der pathophysiologischen Mechanismen.Diabetes mellitus and obesity are associated with an accumulation of intramuscular lipids in the form of lipid droplets (LD). Given the high prevalence and increasing incidence of these conditions in the Western population, this study focuses on the effects of accumulating LD on muscle function in diabetic skeletal muscle. LD are also found in healthy muscle and play an important role in substrate supply to working muscles during physical activity. They consist of a lipid core surrounded by a phospholipid monolayer in which perilipins (PLIN) are embedded. This study focuses on perilipins 2 and 5, which are involved in the regulation of muscular energy metabolism. Additionally, the effects of diabetes mellitus on the muscle protein titin are examined. Titin is the largest protein in the human body and, along with actin and myosin, is also referred to as the third myofilament. It spans the sarcomere between Z-discs and the myosin filament, maintaining the filaments of actin and myosin in position relative to each other due to its elastic properties and passive tension during stretching. The stiffness of titin can be modulated by post-translational modifications, which are examined in this study. To analyze the effects of LD accumulation on muscle strength and fatigue, a mouse model was generated for both type I diabetes mellitus using streptozotocin (STZ) treatment and type II diabetes mellitus using STZ in combination with high fat/high sucrose (DIOSTZ) diet. Control mice without STZ treatment fed with standard diet served as the reference group. In vitro muscle strength measurement was performed on the prepared M. soleus, measuring maximum isometric tetanic force (PO) and fatigue. Additionally, protein analyses were performed using SDS-PAGE and Western blotting, including an analysis of phosphorylation levels on titin at position serine 11878 and on protein kinase C α (PKCα) at position threonine 497.Furthermore, the relative amount of PLIN 2 and 5 in the respective experimental groups was determined biochemically and immunohistochemically. Immunohistochemical analysis of muscle cross-sections was also conducted to correlate with fatigue measurement by analyzing muscle fiber type distribution. As a working hypothesis, a decrease in muscle strength due to accumulated LD was assumed, and indeed, a significant decrease in PO of 59.38% was observed in the DIOSTZ experimental group. Consistent with the working hypothesis, a significant increase in PLIN 2 (+27,9% ± 6,1%) and 5 (97,2% ± 9,5%) as surrogate markers for LD was found both immunohistochemically and biochemically in DIOSTZ-treated mice compared to the control group. While there were no significant differences for PLIN2 between STZ-treated mice and the control, an increase was observed for PLIN5 (35.5%±8.2%). This serves as proof of concept for the generation of LD in vivo, and the results of the PLIN analysis confirm the working hypothesis, indicating that accumulation of LD influence muscle strength. Surprisingly, fatigue measurement showed slower fatigue in the diabetic experimental groups compared to the control, which correlated with an increased PLIN5 concentration. In terms of muscle fiber composition, there was a decrease in type IIB muscle fibers in the diabetic mouse groups, and additionally, in the DIOSTZ group, there was a decrease in type I fibers and a corresponding increase in type IIA muscle fibers. This cannot explain the slower fatigue, so increased LD metabolism is used as an explanation. Analysis of titin revealed hypophosphorylation in diabetic M. soleus, despite increased PKCα activity, which could also explain the reduced muscle strength. The results clearly demonstrate impairment of muscle function in the type II diabetes mellitus model, but further research is needed to elucidate the pathophysiological mechanisms. | |||||||
| Lizenz: |  Dieses Werk ist lizenziert unter einer Creative Commons Namensnennung 4.0 International Lizenz | |||||||
| Fachbereich / Einrichtung: | Medizinische Fakultät » Institute » Institut für Herz- und Kreislaufphysiologie | |||||||
| Dokument erstellt am: | 02.03.2026 | |||||||
| Dateien geändert am: | 02.03.2026 | |||||||
| Promotionsantrag am: | 10.09.2025 | |||||||
| Datum der Promotion: | 24.02.2026 |
