@phdthesis{Friedrich2010,
  author    = {Friedrich, Maika},
  title     = {Wirkung von Teecatechin Epigallocatechingallat auf den Energiestoffwechsel der Maus},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-48159},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  year      = {2010},
  abstract  = {Die gesundheitsf{\"o}rdernden Eigenschaften von gr{\"u}nem Tee sind weitgehend akzeptiert. Den Teecatechinen, insbesondere dem Epigallocatechin-3-gallat (EGCG), werden zahlreiche positive Effekte zugesprochen (z. B. antioxidativ, antikanzerogen, antiinflammatorisch, Blutdruck und Cholesterinspiegel senkend). Die Mechanismen, die zu einer Reduktion der in Tierversuchen beschriebenen K{\"o}rper- und Fettmasse f{\"u}hren, sind nicht ausreichend gekl{\"a}rt. Ziel dieser Arbeit bestand darin, die kurz- und mittelfristigen Wirkungen einer TEAVIGO®-Applikation (mind. 94 \% EGCG) am Mausmodell im Hinblick auf den Energie- und Fettstoffwechsel sowie die Expression daran beteiligter Gene in wichtigen Organen und Geweben zu untersuchen. In verschiedenen Tierversuchen wurde m{\"a}nnlichen C57BL/6-M{\"a}usen eine Hochfettdi{\"a}t (HFD) mit und ohne Supplementation (oral, di{\"a}tetisch) des entkoffeinierten Gr{\"u}ntee-Extraktes TEAVIGO® in unterschiedlichen Dosierungen gef{\"u}ttert. Es wurden sowohl kurz- als auch mittelfristige Wirkungen des EGCG auf die Energiebilanz (u. a. indirekte Tierkalorimetrie) und K{\"o}rperzusammensetzung (NMR) sowie die exogene Substratoxidation (Stabilisotopentechnik: Atemtests, Inkorporation nat{\"u}rlicher 13C-angereicherter Triglyceride aus Maiskeim{\"o}l in diverse Organe/Gewebe) und Gen-expression (quantitative real-time PCR) untersucht. Die Applikationsform und ihre Dauer riefen unterschiedliche Wirkungen hervor. M{\"a}use mit di{\"a}tetischer Supplementation zeigten bereits nach kurzer Zeit eine verminderte K{\"o}rperfettmasse, die bei weiterer Verabreichung auch zu einer Reduktion der K{\"o}rpermasse f{\"u}hrte. Beide Applikationsformen resultieren, unabh{\"a}ngig von der Dauer der Intervention, in einer erh{\"o}hten Energieausscheidung, w{\"a}hrend die Futter- und Energieaufnahme durch EGCG nicht beeinflusst wurden. Der Energieverlust war von einer erh{\"o}hten Fett- und Stickstoffausscheidung begleitet, deren Ursache die in der Literatur beschriebene Interaktion und Hemmung digestiver Enzyme sein k{\"o}nnte. Besonders unter postprandialen Bedingungen wiesen EGCG-M{\"a}use erniedrigte Triglycerid- und Glycogengehalte in der Leber auf, was auf eine eingeschr{\"a}nkte intestinale Absorption der N{\"a}hrstoffe hindeutet. Transkriptanalysen ergaben im Darm eine verminderte Expression von Fetts{\"a}uretransportern, w{\"a}hrend die Expression von Glucosetransportern durch EGCG erh{\"o}ht wurde. Weiterhin reduzierte EGCG, nach Umstellung von Standard- auf eine maiskeim{\"o}lhaltige Hochfettdi{\"a}t, die Inkorporation nat{\"u}rlicher 13C-angereicherter Triglyceride in diverse Organe und Gewebe - insbesondere Leber, viszerales und braunes Fettgewebe sowie Skelettmuskel. Die Analyse der 13C-Anreicherung im Atem der M{\"a}use und die Energieumsatzmessungen ergaben nach kurzer Applikation eine erh{\"o}hte Fettoxidation, die im weiteren Verlauf der Intervention auf eine erh{\"o}hte Kohlenhydratoxidation umgeschaltet wurde. Weiterhin war die orale Applikation von EGCG bei gleichzeitiger F{\"u}tterung einer Hochfettdi{\"a}t von makroskopischen und mikroskopischen degenerativen Ver{\"a}nderungen der Leber begleitet. Diese Effekte wurden nach di{\"a}tetischer Supplementation der Hochfettdi{\"a}t mit EGCG nicht beobachtet. Zusammenfassend zeigen die Ergebnisse, dass die K{\"o}rpergewichts- und Fettgewebs-abnahme durch di{\"a}tetisches EGCG sich durch eine herabgesetzte Verdaulichkeit der Nahrung erkl{\"a}ren l{\"a}sst. Dies f{\"u}hrte zu verschiedenen kurz- und mittelfristigen Ver{\"a}nderungen in der Fettverteilung und im Fettmetabolismus.},
  language  = {de}
}
@article{KartalMahlowSkupinetal.2011,
  author    = {Kartal, Oender and Mahlow, Sebastian and Skupin, Alexander and Ebenhoeh, Oliver},
  title     = {Carbohydrate-active enzymes exemplify entropic principles in metabolism},
  series = {Molecular systems biology},
  volume    = {7},
  journal   = {Molecular systems biology},
  number    = {10},
  publisher = {Nature Publ. Group},
  address   = {New York},
  issn      = {1744-4292},
  doi       = {10.1038/msb.2011.76},
  pages     = {11},
  year      = {2011},
  abstract  = {Glycans comprise ubiquitous and essential biopolymers, which usually occur as highly diverse mixtures. The myriad different structures are generated by a limited number of carbohydrate-active enzymes (CAZymes), which are unusual in that they catalyze multiple reactions by being relatively unspecific with respect to substrate size. Existing experimental and theoretical descriptions of CAZyme-mediated reaction systems neither comprehensively explain observed action patterns nor suggest biological functions of polydisperse pools in metabolism. Here, we overcome these limitations with a novel theoretical description of this important class of biological systems in which the mixing entropy of polydisperse pools emerges as an important system variable. In vitro assays of three CAZymes essential for central carbon metabolism confirm the power of our approach to predict equilibrium distributions and non-equilibrium dynamics. A computational study of the turnover of the soluble heteroglycan pool exemplifies how entropy-driven reactions establish a metabolic buffer in vivo that attenuates fluctuations in carbohydrate availability. We argue that this interplay between energy- and entropy-driven processes represents an important regulatory design principle of metabolic systems.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Wenk2020,
  author    = {Wenk, Sebastian},
  title     = {Engineering formatotrophic growth in Escherichia coli},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  pages     = {V, 107},
  year      = {2020},
  abstract  = {To meet the demands of a growing world population while reducing carbon dioxide (CO2) emissions, it is necessary to capture CO2 and convert it into value-added compounds. In recent years, metabolic engineering of microbes has gained strong momentum as a strategy for the production of valuable chemicals. As common microbial feedstocks like glucose directly compete with human consumption, the one carbon (C1) compound formate was suggested as an alternative feedstock. Formate can be easily produced by various means including electrochemical reduction of CO2 and could serve as a feedstock for microbial production, hence presenting a novel entry point for CO2 to the biosphere and a storage option for excess electricity. Compared to the gaseous molecule CO2, formate is a highly soluble compound that can be easily handled and stored. It can serve as a carbon and energy source for natural formatotrophs, but these microbes are difficult to cultivate and engineer. In this work, I present the results of several projects that aim to establish efficient formatotrophic growth of E. coli - which cannot naturally grow on formate - via synthetic formate assimilation pathways. In the first study, I establish a workflow for growth-coupled metabolic engineering of E. coli. I demonstrate this approach by presenting an engineering scheme for the PFL-threonine cycle, a synthetic pathway for anaerobic formate assimilation in E. coli. The described methods are intended to create a standardized toolbox for engineers that aim to establish novel metabolic routes in E. coli and related organisms. The second chapter presents a study on the catalytic efficiency of C1-oxidizing enzymes in vivo. As formatotrophic growth requires generation of both energy and biomass from formate, the engineered E. coli strains need to be equipped with a highly efficient formate dehydrogenase, which provides reduction equivalents and ATP for formate assimilation. I engineered a strain that cannot generate reducing power and energy for cellular growth, when fed on acetate. Under this condition, the strain depends on the introduction of an enzymatic system for NADH regeneration, which could further produce ATP via oxidative phosphorylation. I show that the strain presents a valuable testing platform for C1-oxidizing enzymes by testing different NAD-dependent formate and methanol dehydrogenases in the energy auxotroph strain. Using this platform, several candidate enzymes with high in vivo activity, were identified and characterized as potential energy-generating systems for synthetic formatotrophic or methylotrophic growth in E. coli.   In the third chapter, I present the establishment of the serine threonine cycle (STC) - a synthetic formate assimilation pathway - in E. coli. In this pathway, formate is assimilated via formate tetrahydrofolate ligase (FtfL) from Methylobacterium extorquens (M. extorquens). The carbon from formate is attached to glycine to produce serine, which is converted into pyruvate entering central metabolism. Via the natural threonine synthesis and cleavage route, glycine is regenerated and acetyl-CoA is produced as the pathway product. I engineered several selection strains that depend on different STC modules for growth and determined key enzymes that enable high flux through threonine synthesis and cleavage. I could show that expression of an auxiliary formate dehydrogenase was required to achieve growth via threonine synthesis and cleavage on pyruvate. By overexpressing most of the pathway enzymes from the genome, and applying adaptive laboratory evolution, growth on glycine and formate was achieved, indicating the activity of the complete cycle. The fourth chapter shows the establishment of the reductive glycine pathway (rGP) - a short, linear formate assimilation route - in E. coli. As in the STC, formate is assimilated via M. extorquens FtfL. The C1 from formate is condensed with CO2 via the reverse reaction of the glycine cleavage system to produce glycine. Another carbon from formate is attached to glycine to form serine, which is assimilated into central metabolism via pyruvate. The engineered E. coli strain, expressing most of the pathway genes from the genome, can grow via the rGP with formate or methanol as a sole carbon and energy source.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Wiedmer2004,
  author    = {Wiedmer, Petra},
  title     = {Geschlechtsspezifische K{\"o}rpergewichtsregulation bei M{\"a}usen :Untersuchungen zur Set-point-Theorie der K{\"o}rpermasse},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-0001733},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  year      = {2004},
  abstract  = {Entsprechend der sogenannten Set-point-Theorie besitzt jeder Mensch eine individuell festgelegte K{\"o}rpermasse, die {\"u}ber große Zeitr{\"a}ume konstant gehalten und gegen Abweichungen verteidigt wird. Es wird angenommen, dass der K{\"o}rper auf noch unbekannte Weise {\"A}nderungen in der K{\"o}rpermasse per se wahrnimmt und daraufhin Mechanismen aktiviert, die zur Regenerierung der urspr{\"u}nglichen Masse f{\"u}hren. In dieser Arbeit wurde die Hypothese getestet, dass eine k{\"u}nstliche Erh{\"o}hung der K{\"o}rpermasse zu einer kompensatorischen Reduktion in der K{\"o}rpermasse f{\"u}hrt, um das Ausgangsgewicht wieder zu regenerieren. Die K{\"o}rpermasse von m{\"a}nnlichen und weiblichen M{\"a}usen wurde akut durch die Implantation von Gewichten mit einer Masse von 10\% der aktuellen K{\"o}rpermasse in die Bauchh{\"o}hle erh{\"o}ht. Bei G{\"u}ltigkeit der Set-point-Theorie sollte die K{\"o}rpermassereduktion der Masse des zus{\"a}tzlichen Gewichtsimplantats entsprechen. Die M{\"a}use reagierten auf die k{\"u}nstlich erh{\"o}hte K{\"o}rpermasse geschlechtsspezifisch. M{\"a}nnchen zeigten eine partielle Reduktion in der K{\"o}rpermasse. Weibchen zeigten langfristig jedoch keine {\"A}nderungen in der K{\"o}rpermasse. Die Reduktion der K{\"o}rpermasse erfolgte bei den M{\"a}nnchen durch eine Abnahme in der Fettmasse. Die fettfreie Masse war in beiden Geschlechtern nicht ver{\"a}ndert. {\"A}nderungen in der K{\"o}rpermasse wurden vor allem durch {\"A}nderungen in der Energieaufnahme hervorgerufen. Ein Einfluss des Energieumsatzes auf {\"A}nderungen in der K{\"o}rpermasse konnte nicht nachgewiesen werden. Die Regulation der K{\"o}rpermasse entsprechend eines massespezifischen Set-points konnte partiell f{\"u}r die M{\"a}nnchen gezeigt werden. Bei den M{\"a}nnchen k{\"o}nnte daher die Wahrnehmung der K{\"o}rpermasse in die Regulation der K{\"o}rpermasse teilweise integriert sein. Weibchen verminderten ihre K{\"o}rpermasse dagegen trotz der k{\"u}nstlichen K{\"o}rpermasseerh{\"o}hung nicht. Das f{\"u}hrte zur Bewahrung der Energiereserven und spricht eher f{\"u}r die Regulation der K{\"o}rpermasse entsprechend des notwendigen Energiebedarfs im Vergleich zu {\"A}nderungen in der K{\"o}rpermasse per se. Diese Ergebnisse zeigen, dass die Regulation der K{\"o}rpermasse geschlechtsspezifischen Mechanismen unterliegt. Dementsprechend sind auch geschlechtsspezifische Ans{\"a}tze zur Therapie von {\"U}bergewicht und Adipositas notwendig.},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Wieneke2008,
  author    = {Wieneke, Nadine},
  title     = {Ursachen und Folgen vermehrter Expression des nukle{\"a}ren Rezeptors Constitutiver-Androstan-Rezeptor (NR1I3) durch Agonisten des nukle{\"a}ren Rezeptors Peroxisomenproliferator-aktivierter-Rezeptor-alpha (NR1C1)},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-19167},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  year      = {2008},
  abstract  = {Der Fetts{\"a}urestoffwechsel unterliegt vielf{\"a}ltigen Kontrollmechanismen. So wird der Fetts{\"a}ureabbau {\"u}ber die Induktion und Aktivit{\"a}t spezifischer Enzyme reguliert. Ein zentraler Regulator ist dabei der nukle{\"a}re Rezeptor Peroxisomenproliferator-aktivierter-Rezeptor-α (PPARα). PPARα wird durch freie Fetts{\"a}uren in der Zelle aktiviert und f{\"o}rdert {\"u}ber die Induktion von Zielgenen den Fetts{\"a}uretransport und -abbau sowie die Gluconeogenese und Ketogenese. Der Anstieg an freien Fetts{\"a}uren beim Fasten, aber auch im Diabetes aktiviert PPARα. Unabh{\"a}ngig davon wurde in beiden Stoffwechsellagen auch eine erh{\"o}hte Expression des nukle{\"a}ren Rezeptors Constitutiver-Androstan-Rezeptor (CAR) und einiger CAR-Zielgene, vorrangig Enzyme des Fremdstoffmetabolismus wie Cytochrom P450 2B (CYP2B), festgestellt. Bei der Adaption an eine Fastensituation scheinen PPARα- und CAR-Signalwege {\"u}ber einen bisher unbekannten Mechanismus miteinander verschaltet zu sein. In der vorliegenden Arbeit sollte der der Verschaltung zugrunde liegende Mechanismus anhand eines Modelsystems, der PPARα-Agonisten-vermittelten Verst{\"a}rkung der Phenobarbital (PB)-abh{\"a}ngigen Induktion des CAR-Zielgens CYP2B, in vitro untersucht werden. Zudem sollte die physiologische Relevanz einer durch PPARα-Agonisten vermittelten Modulierung der CYP2B-Aktivit{\"a}t in einer Ganztierstudie in vivo belegt werden. Die verwendeten synthetischen PPARα-Agonisten steigerten in prim{\"a}ren Hepatozyten der Ratte signifikant die Phenobarbital (PB)-abh{\"a}ngige mRNA- und Protein-Expression sowie die Aktivit{\"a}t von CYP2B. Ohne vorherige PB-Behandlung induzierten PPARα-Agonisten CYP2B nicht. In Gegenwart von PB war die Steigerung der CYP2B-Aktivit{\"a}t durch PPARα-Agonisten dosisabh{\"a}ngig. In einem Luciferase-Reportergenassay wurde gezeigt, dass die Induktion durch PB unter der Kontrolle des CYP2B1-Promotors von einem distalen PBREM (PB-responsive-enhancer-module), an welches CAR binden kann, abh{\"a}ngig war. PPARα-Agonisten steigerten diese PB- und PBREM-abh{\"a}ngige Reportergentranskription und induzierten die CAR-mRNA und CAR-Proteinexpression. Sie aktivierten die Transkription eines Reportergens unter der Kontrolle eines Promotorfragments von bis zu 4,4 kb oberhalb des mutmaßlichen CAR-Transkriptionsstarts. Mit Hilfe von Deletionskonstrukten konnte ein potentielles Peroxisomenproliferator-aktivierter-Rezeptor-responsives Element (PPRE) im CAR-Promotorbereich von -942 bp bis -930 bp identifiziert werden, welches essentiell f{\"u}r die Initiation der Transkription durch PPARα-Agonisten ist. In band shift Experimenten akkumulierte verst{\"a}rkt Kernprotein mit diesem PPRE. Ein {\"U}berschuss an unmarkiertem Wildtyp-CAR-Reportergenvektor, nicht aber an CAR-Reportergenvektor mit PPRE-Deletion, konnte mit dem markierten PPRE um die Bindung von Kernprotein konkurrieren. Nach Chromatin-Immunpr{\"a}zipitation mit einem PPARα-Antik{\"o}rper wiederum wurde das betreffende PPRE amplifiziert. Bei in vivo Experimenten an m{\"a}nnlichen Ratten resultierte die Behandlung mit PPARα-Agonisten in einer signifikanten Induktion der CAR-mRNA-Expression und signifikant erh{\"o}hter PB-abh{\"a}ngiger CYP2B-Aktivit{\"a}t. Die physiologisch Relevanz wurde durch weiterf{\"u}hrenden Experimente unterstrichen, in denen gezeigt wurde, dass die Fasten-abh{\"a}ngige Induktion von CAR in PPARα-defizienten M{\"a}usen unterdr{\"u}ckt war. Diese Experimente legen nahe, dass durch PPARα-Agonisten aktiviertes PPARα an das PPRE im CAR-Promotorbereich von -942 bp bis -930 bp bindet und dadurch die CAR-Transkription induziert. Somit kann CAR als PPARα-Zielgen betrachtet werden, was die Schlussfolgerung zul{\"a}sst, dass die PPARα- und CAR-Signalwege {\"u}ber die direkte Bindung von PPARα an den CAR-Promotor unmittelbar miteinander verkn{\"u}pft sind. Allerdings ist davon unabh{\"a}ngig eine Aktivierung von CAR, etwa durch PB, f{\"u}r die vermehrte Induktion von CAR-Zielgenen notwendig . Die physiologische Relevanz der PPARα-abh{\"a}ngige CAR-Expression zeigt sich in den Ganztierexperimenten, bei denen die Wirksamkeit der PPARα-Agonisten best{\"a}tigt werden konnte. CAR-abh{\"a}ngig induzierte Enzyme sind nicht nur in großem Umfang am Fremdstoffmetabolismus beteiligt, sondern auch am Abbau von Schilddr{\"u}senhormonen und Glucocorticoiden. Sie k{\"o}nnen damit direkt Einfluss auf den Kohlenhydrat- und Energiestoffwechsel sowie die Regulation der Nahrungsaufnahme nehmen. {\"U}ber eine PPARα-abh{\"a}ngige Induktion von CAR im Rahmen der Fastenadaption k{\"o}nnten die CAR-Zielgene UDP-Glucuronyltransferase 1A1 und Sulfotransferase N beispielsweise verst{\"a}rkt Schilddr{\"u}senhormone abbauen und in der Folge den Grundumsatz senken. Der in dieser Arbeit erstmals beschriebene Mechanismus ist daf{\"u}r von zentraler Bedeutung.},
  language  = {de}
}