Dokument: Modulation der Funktion der sauren Sphingomyelinase bei lipidinduzierter Insulinresistenz
| Titel: | Modulation der Funktion der sauren Sphingomyelinase bei lipidinduzierter Insulinresistenz | |||||||
| Weiterer Titel: | Modulation of acid sphingomyelinase function in lipid-induced insulin resistance | |||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=73308 | |||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20260526-130705-6 | |||||||
| Kollektion: | Dissertationen | |||||||
| Sprache: | Englisch | |||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation | |||||||
| Medientyp: | Text | |||||||
| Autor: | Hendlinger, Mona [Autor] | |||||||
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| Beitragende: | Prof. Dr. Roden, Michael [Gutachter] Prof. Dr. Al-Hasani, Hadi [Gutachter] | |||||||
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften » 610 Medizin und Gesundheit | |||||||
| Beschreibungen: | Typ-2-Diabetes (T2D) ist charakterisiert durch eine systemische Insulinresistenz und steht in engem Zusammenhang mit Störungen des Lipidstoffwechsels, sowie einer beeinträchtigten mitochondrialen Funktion in insulinempfindlichen Geweben wie dem Skelettmuskel und der Leber. Unter den bioaktiven Lipidmediatoren gelten Ceramide als wesentliche Mitverursacher der Insulinresistenz, da sie sowohl die Insulinsignaltransduktion als auch mitochondriale Prozesse negative beeinflussen können. Die acide Sphingomyelinase (ASM), ein lysosomales Enzym, das Sphingomyelin zu Ceramiden hydrolysiert, ist an Apoptose, Autophagie und Lipidregulation, beteiligt. Ihre Rolle in der gewebespezifischen metabolischen Regulation – insbesondere in Skelettmuskel und Leber unter Bedingungen der Insulinresistenz und körperlicher Aktivität – ist jedoch bislang nur unvollständig verstanden.
Die vorliegende Arbeit untersucht die Regulation und Funktion von ASM in Skelettmuskel und Leber mit besonderem Fokus auf den Ceramidstoffwechsel, mitochondriale Dynamik und die Insulinsignaltransduktion. Es wurde die Hypothese aufgestellt, dass ASM in diesen Geweben unterschiedliche Funktionen erfüllt: Im Skelettmuskel könnte ASM durch Modulation der Membranstruktur und Beeinflussung mitochondrialer Prozesse zur Erhaltung der Insulinsensitivität beitragen, wohingegen eine erhöhte ASM-Aktivität in der Leber lipotoxische Prozesse verstärken und zur Progression der metabolisch-assoziierten Steatose (MASLD) beitragen könnte. Zur Prüfung dieser Hypothesen wurden Analysen von Muskelbiopsien von Männern mit T2D vor und nach einem 12-wöchigen Hoch-Intensitäts-Intervalltraining (HIIT) mit in vivo-Studien an Mausmodellen von Diabetes und MASLD, sowie in vitro-Experimente an HepG2-Zellen kombiniert, die unter lipotoxischen und glukotoxischen Bedingungen mit oder ohne siRNA-vermittelten ASM-Knockdown kultiviert wurden. Im Skelettmuskel zeigte sich bei Personen mit T2D im Vergleich zu glukose-toleranten Individuen eine reduzierte ASM-Proteinexpression. HIIT führte in allen Gruppen zu einem signifikanten Anstieg der ASM-Aktivität, begleitet von erhöhten Konzentrationen sehr langkettiger Ceramide (z. B. C22:0, C24:0, C24:1), insbesondere bei insulinresistenten Individuen. Diese Veränderungen gingen mit einer verbesserten aeroben Kapazität (VO₂max) einher. Regressionsanalysen deuteten auf einen Zusammenhang zwischen ASM-Aktivität und Markern mitochondrialer Qualitätskontrolle hin. Im Gegensatz dazu zeigten Lebern adipösen diabetischen Mäusen eine erhöhte ASM-Proteinexpression und -Aktivität, die positiv mit hepatischer Lipidakkumulation und Körpergewicht korrelierten. Diese Ergebnisse sprechen für eine kontextabhängige Rolle von ASM in der Förderung lipotoxischer Prozesse unter metabolischem Stress. In HepG2-Zellen induzierte eine Behandlung mit Palmitat (eine der am häufigsten vorkommende gesättigte Fettsäure in der westlichen Ernährung) ein Anstieg der ASM-Expression, eine vermehrte Lipidtröpfchenbildung sowie eine verminderte Zellviabilität. Überraschenderweise verringerte ein ASM-Knockdown die Lipidtröpfchenbildung und machte die Zellen anfälliger für palmitatinduzierte Lipotoxizität. Darüber hinaus resultierte der Knockdown von ASM, unter lipotoxischen und glukotoxischen Bedingungen, in einer Beeinträchtigung der Insulinsignalübertragung, belegt durch eine reduzierte AKT-Phosphorylierung und eine verstärkte inhibitorische Phosphorylierung von IRS2. Diese Daten deuten darauf hin, dass ASM sowohl zur Lipidsequestrierung in Tröpfchen beiträgt und dadurch lipotoxische Effekte abmildern kann, als auch essenziell für die Aufrechterhaltung der Insulinsignalübertragung unter metabolischem Stress ist. Zusammenfassend identifiziert diese Dissertation ASM als ein metabolisch reguliertes Enzym mit gewebespezifischen Funktionen: Im Skelettmuskel unterstützt ASM mitochondriale Anpassungen, während es in der Leber, obwohl häufig mit Steatose und Inflammation assoziiert, zugleich lipotoxischen Stress abmildert und die proximale Insulinsignalübertragung erhält. Diese Ergebnisse kennzeichnen ASM damit als kontextabhängigen Regulator der Lipidhomöostase machen es zu einem potenziellen Ziel zur therapeutischen Behandlung von T2D und MASLD, insbesondere im Kombination mit trainingsbasierten Lebensstilinterventionen.Type 2 diabetes (T2D) is characterized by systemic insulin resistance and closely linked to abnormalities of lipid metabolism and mitochondrial function in insulin-responsive tissues such as skeletal muscle and liver. Among bioactive lipid species, ceramides have been identified as one contributor to insulin resistance by interfering with insulin signaling and mitochondrial functionality. Acid sphingomyelinase (ASM), a lysosomal enzyme that hydrolyzes sphingomyelin into ceramide, is involved in apoptosis, autophagy and lipid regulation, but its effects in tissue-specific metabolic regulation, particularly in skeletal muscle and liver under insulin-resistant and exercising conditions, remain incompletely understood. This thesis investigates the regulation and function of ASM in both skeletal muscle and liver, focusing on its role in ceramide metabolism, mitochondrial dynamics, and insulin signaling. It is hypothesized that ASM has tissue-specific effects: in skeletal muscle, ASM may support membrane remodeling and mitochondrial integrity, thereby improving insulin sensitivity, whereas in the liver, elevated ASM activity may exacerbate lipotoxicity and contribute to the development of metabolic dysfunction-associated steatotic liver disease (MASLD). Consequently, analyses of human skeletal muscle biopsies before and after a 12-week high-intensity interval training (HIIT) program in men with T2D were combined with in vivo studies of rodent models of diabetes and MASLD and in vitro experiments in HepG2 cells exposed to lipotoxic and glucotoxic conditions with or without siRNA-mediated ASM knockdown. In skeletal muscle, ASM protein levels were reduced in individuals with T2D compared to glucose-tolerant individuals. HIIT significantly increased ASM activity across all groups, accompanied by increased levels of very-long-chain ceramides (e.g., C22:0, C24:0, C24:1), especially among insulin-resistant individuals. These adaptations were associated with improved aerobic capacity (VO₂max). Further, regression analyses suggesting a link between ASM activity and markers of mitochondrial quality control. In contrast, ASM expression and activity were elevated in the liver of obese mice and correlated positively with hepatic lipid accumulation and body weight, indicating a context-dependent, detrimental role of ASM under hepatic metabolic stress. In HepG2 cells, palmitate (one of the most common saturated fatty acid in western diet) treatment increased ASM expression, induced lipid droplet formation, and reduced cell viability. Surprisingly, ASM knockdown attenuated lipid droplet accumulation and sensitized cells to palmitate-induced cell death. Furthermore, ASM knockdown impaired insulin signaling under lipotoxic and glucotoxic conditions, as evidenced by reduced AKT phosphorylation and increased inhibitory IRS2 phosphorylation. These findings suggest that while ASM may promote lipid sequestration into droplets to buffer lipotoxicity, it is also essential for maintaining insulin responsiveness under metabolic stress conditions. Taken together, this thesis identifies ASM as a metabolically regulated enzyme with tissue-specific roles: it supports mitochondrial adaptions in skeletal muscle, while in the liver, it also buffers lipotoxic stress and helps preserve proximal insulin signaling, although generally associated with steatosis and inflammation. These findings highlight ASM as a context-dependent regulator of lipid homeostasis and a potential target for therapeutic intervention in T2D and MASLD, particularly in combination with exercise interventions. | |||||||
| Lizenz: |  Dieses Werk ist lizenziert unter einer Creative Commons Namensnennung 4.0 International Lizenz | |||||||
| Fachbereich / Einrichtung: | Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät | |||||||
| Dokument erstellt am: | 26.05.2026 | |||||||
| Dateien geändert am: | 26.05.2026 | |||||||
| Promotionsantrag am: | 23.10.2025 | |||||||
| Datum der Promotion: | 29.04.2026 |
