TY  - THES
A1  - Aga-Barfknecht, Heja
T1  - Investigation of the phenotype and genetic variant(s) of the diabetes locus Nidd/DBA
N2  - Diabetes is a major public health problem with increasing global prevalence. Type 2 diabetes (T2D), which accounts for 90% of all diagnosed cases, is a complex polygenic disease also modulated by epigenetics and lifestyle factors. For the identification of T2D-associated genes, linkage analyses combined with mouse breeding strategies and bioinformatic tools were useful in the past. In a previous study in which a backcross population of the lean and diabetes-prone dilute brown non-agouti (DBA) mouse and the obese and diabetes-susceptible New Zealand obese (NZO) mouse was characterized, a major diabetes quantitative trait locus (QTL) was identified on chromosome 4. The locus was designated non-insulin dependent diabetes from DBA (Nidd/DBA). The aim of this thesis was (i) to perform a detailed phenotypic characterization of the Nidd/DBA mice, (ii) to further narrow the critical region and (iii) to identify the responsible genetic variant(s) of the Nidd/DBA locus. The phenotypic characterization of recombinant congenic mice carrying a 13.6 Mbp Nidd/DBA fragment with 284 genes presented a gradually worsening metabolic phenotype. Nidd/DBA allele carriers exhibited severe hyperglycemia (~19.9 mM) and impaired glucose clearance at 12 weeks of age. Ex vivo perifusion experiments with islets of 13-week-old congenic mice revealed a tendency towards reduced insulin secretion in homozygous DBA mice. In addition, 16-week-old mice showed a severe loss of β-cells and reduced pancreatic insulin content. Pathway analysis of transcriptome data from islets of congenic mice pointed towards a downregulation of cell survival genes. Morphological analysis of pancreatic sections displayed a reduced number of bi-hormonal cells co-expressing glucagon and insulin in homozygous DBA mice, which could indicate a reduced plasticity of endocrine cells in response to hyperglycemic stress. Further generation and phenotyping of recombinant congenic mice enabled the isolation of a 3.3 Mbp fragment that was still able to induce hyperglycemia and contained 61 genes. Bioinformatic analyses including haplotype mapping, sequence and transcriptome analysis were integrated in order to further reduce the number of candidate genes and to identify the presumable causative gene variant. Four putative candidate genes (Ttc39a, Kti12, Osbpl9, Calr4) were defined, which were either differentially expressed or carried a sequence variant. In addition, in silico ChIP-Seq analyses of the 3.3 Mbp region indicated a high number of SNPs located in active regions of binding sites of β-cell transcription factors. This points towards potentially altered cis-regulatory elements that could be responsible for the phenotype conferred by the Nidd/DBA locus. In summary, the Nidd/DBA locus mediates impaired glucose homeostasis and reduced insulin secretion capacity which finally leads to β-cell death. The downregulation of cell survival genes and reduced plasticity of endocrine cells could further contribute to the β-cell loss. The critical region was narrowed down to a 3.3 Mbp fragment containing 61 genes, of which four might be involved in the development of the diabetogenic Nidd/DBA phenotype.
N2  - Die Diabetesprävalenz nimmt seit Jahren weltweit zu, wobei etwa 90% der diagnostizierten Diabeteserkrankungen einem Typ-2-Diabetes (T2D) zuzuordnen sind. T2D ist eine komplexe polygene Stoffwechselerkrankung, die auch durch epigenetische Faktoren und den Lebensstil beeinflusst wird. Die Identifizierung und Untersuchung von Diabetes-assoziierten Genen wird unter anderem durch Kopplungsanalysen und darauf aufbauende zuchtstrategische und bioinformatische Analysen ermöglicht. In einer vorangegangenen Studie wurde der schlanke, Diabetes-anfällige dilute brown non-agouti (DBA)-Mausstamm mit der adipösen und ebenfalls Diabetes-suszeptiblen New Zealand obese (NZO)-Maus verpaart und die erste Rückkreuzungsgeneration einer Kopplungsanalyse unterzogen. Hierbei wurde ein hoch signifikanter quantitative trait locus (QTL) für Diabetes auf Chromosom 4 nachgewiesen. Dieser Locus ist mit erhöhten Blutzuckerwerten, reduzierten Plasmainsulinkonzentrationen und einem niedrigen pankreatischen Insulingehalt assoziiert und wurde als Nidd/DBA (engl. für nicht insulinabhängiger Diabetes von DBA-Allelen) bezeichnet. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war es, (i) das kritische Fragment des Nidd/DBA-Locus‘ zu verkleinern, (ii) die phänotypische Ausprägung des Nidd/DBA-Locus‘ zu untersuchen sowie (iii) die ursächliche(n) genetische(n) Variante(n) zu identifizieren. Die phänotypische Charakterisierung von kongenen Mäusen mit einem kritischen Fragment von 13.6 Mbp, welches 284 Gene enthält, zeigte bereits im Alter von 12 Wochen eine starke Hyperglykämie (~19.9 mM) und eine unzureichende Glucose-Clearance bei Nidd/DBA-Allelträgern. Ex-vivo Perifusionsversuche mit isolierten Inseln von 13 Wochen alten kongenen Mäusen zeigten eine tendenziell reduzierte Insulinsekretion in homozygoten DBA-Allelträgern. Im Alter von 16 Wochen wiesen die Tiere einen erheblichen Verlust der β-Zellen, sowie eine Abnahme der pankreatischen Insulinkonzentration auf. Transkriptomdaten der Langerhans-Inseln mit anschließender Signalweganalyse deuteten darauf hin, dass Nidd/DBA-Allelträger eine verminderte Expression von Genen aufzeigen, die für das Überleben von Zellen essentiell sind. In homozygoten DBA-Allelträgern wurde eine reduzierte Anzahl von Glucagon/Insulin-bi-hormonellen Zellen nachgewiesen, was auf eine verminderte Plastizität der endokrinen Zellen hinweisen könnte. Die Zucht weiterer kongener Mäuse und ihre Phänotypisierung ermöglichten die Isolierung eines 3.3 Mbp großen Fragments, das 61 Gene enthielt und eine Hyperglykämie auslöste. Bioinformatische Analysen, wie die Kartierung von Haplotypen und Datenbank-, Sequenz- sowie Transkriptomanalysen, wurden integriert, um die Anzahl der Kandidatengene weiter zu reduzieren und die Hyperglykämie auslösende(n) Genvariante(n) zu identifizieren. Es konnten vier potentielle Kandidatengene (Ttc39a, Osbpl9, Kti12, Calr4) definiert werden, die entweder eine differenzielle Expression oder eine Sequenzvariante aufwiesen. Mit Hilfe von in-silico-Analysen von ChIP-Seq-Daten wurden SNPs in aktiven Bindungsstellen von β-Zell-Transkriptionsfaktoren identifiziert. Diese könnten cis-regulatorische Elemente darstellen, die Gene außerhalb dieses 3.3 Mbp großen Fragments beeinflussen und möglichweise für den Phänotyp verantwortlich sind. Zusammenfassend konnte gezeigt werden, dass der Nidd/DBA-Locus für eine beeinträchtigte Glucosehomöostase und eine Verschlechterung der Insulinsekretion verantwortlich ist, welche langfristig zum Verlust von β-Zellen führen. Die bisherigen Ergebnisse deuten darauf hin, dass sowohl die verringerte Expression der für das Zellüberleben essentiellen Gene als auch eine verringerte Plastizität der endokrinen Zellen zum Untergang von Langerhans-Inseln beitragen. Das kritische Fragment wurde auf eine Größe von 3.3 Mbp mit 61 Genen reduziert, von denen vier Gene als verantwortliche Kandidaten für den beschriebenen Nidd/DBA-Phänotyp bedeutsam sein können
KW  - Diabetes
KW  - Genetics
KW  - Glucose intolerance
KW  - Insulin secretion
KW  - Susceptibility-genes
KW  - Diabetes
KW  - Genetik
KW  - Glukoseintoleranz
KW  - Insulinsekretion
KW  - Suszeptibilitätsgene
Y1  - 2021
ER  - 
TY  - THES
A1  - Andres, Janin
T1  - Untersuchungen über Regulationsmechanismen der 11beta-Hydroxysteroid Dehydrogenase Typ 1
T1  - Analysis of regulation of 11beta-Hydroxysteroid dehydrogenase type 1
N2  - Die 11beta-HSD1 reguliert intrazellulär die Cortisolkonzentration durch Regeneration von Cortison z.B. aus dem Blutkreislauf, zu Cortisol. Daher stellt diese ein wichtiges Element in der Glucocorticoid-vermittelten Genregulation dar. Die 11beta-HSD1 wird ubiquitär exprimiert, auf hohem Niveau besonders in Leber, Fettgewebe und glatten Muskelzellen. Insbesondere die Bedeutung der 11beta-HSD1 in Leber und Fettgewebe konnte mehrfach nachgewiesen werden. In der Leber führte eine erhöhte Aktivität aufgrund einer Überexpression in Mäusen zu einer verstärkten Gluconeogeneserate. Des Weiteren konnte gezeigt werden, dass eine erhöhte Expression und erhöhte Enzymaktivität der 11beta-HSD1 im subkutanen und viszeralen Fettgewebe assoziiert ist mit Fettleibigkeit, Insulinresistenz und Dyslipidämie. Über die Regulation ist jedoch noch wenig bekannt. Zur Untersuchung der Promotoraktivität wurde der Promotorbereich von -3034 bis +188, vor und nach dem Translations- und Transkriptionsstart, der 11beta-HSD1 kloniert. 8 Promotorfragmente wurden mittels Dual-Luciferase-Assay in humanen HepG2-Zellen sowie undifferenzierten und differenzierten murinen 3T3-L1-Zellen untersucht. Anschließend wurde mittels nicht-radioaktiven EMSA die Bindung des TATA-Binding Proteins (TBP) sowie von CCAAT/Enhancer-Binding-Proteinen (C/EBP) an ausgewählte Promotorregionen analysiert. Nach der Charakterisierung des Promotors wurden spezifische endogene und exogene Regulatoren untersucht. Fettsäuren modifizieren die Entstehung von Adipositas und Insulinresistenz. Ihre Wirkung wird u.a. PPARgamma-abhängig vermittelt und kann durch das Inkretin (Glucose-dependent insulinotropic Peptide) GIP modifiziert werden. So wurden die Effekte von unterschiedlichen Fettsäuren, vom PPARgamma Agonisten Rosiglitazon sowie dem Inkretin GIP auf die Expression und Enzymaktivität der 11beta-HSD1 untersucht. Dies wurde in-vitro-, tierexperimentell und in humanen in-vivo-Studien realisiert. Zuletzt wurden 2 Single Nucleotide Polymorphismen (SNP) im Promotorbereich der 11beta-HSD1 in der Zellkultur im Hinblick auf potentielle Funktionalität analysiert sowie die Assoziation mit Diabetes mellitus Typ 2 und Körpergewicht in der MeSyBePo-Kohorte bei rund 1.800 Personen untersucht. Die Luciferase-Assays zeigten basal eine zell-spezifische Regulation der 11beta-HSD1, wobei in allen 3 untersuchten Zelltypen die Bindung eines Repressors nachgewiesen werden konnte. Zudem konnte eine mögliche Bindung des TBPs sowie von C/EBP-Proteinen an verschiedene Positionen gezeigt werden. Die Transaktivierungsassays mit den C/EBP-Proteinen -alpha, -beta und -delta zeigten eben-falls eine zellspezifische Regulation des 11beta-HSD1-Promotors. Die Aktivität und Expression der 11beta-HSD1 wurde durch die hier untersuchten endogenen und exogenen Faktoren spezifisch modifiziert, was sowohl in-vitro als auch in-vivo in unterschiedlichen Modellsystemen dargestellt werden konnte. Die Charakterisierung der MeSyBePo-Kohorte ergab keine direkten Assoziationen zwischen Polymorphismus und klinischem Phänotyp, jedoch Tendenzen für eine erhöhtes Körper-gewicht und Typ 2 Diabetes mellitus in Abhängigkeit des Genotyps. Der Promotor der 11beta-HSD1 konnte aufgrund der Daten aus den Luciferaseassays sowie den Daten aus den EMSA-Analysen näher charakterisiert werden. Dieser zeigt eine variable und zell-spezifische Regulation. Ein wichtiger Regulator stellen insbesondere in den HepG2-Zellen die C/EBP-Proteine -alpha, -beta und -delta dar. Aus den in-vivo-Studien ergab sich eine Regulation der 11beta-HSD1 durch endogene, exogene und pharmakologische Substanzen, die durch die Zellkulturversuche bestätigt und näher charakterisiert werden konnten.
N2  - The enzyme 11beta-HSD1 regulates intracellular the cortisol concentration by regeneration of cortisone to cortisol. Hence, 11beta-HSD1 is an important factor in glucocorticoid-mediated gene expression. It is ubiquitously expressed, but high levels have been specifically described in liver, adipose tissue and smooth muscle cells. A pivotal role for 11beta-HSD1 has been demonstrated with respect to metabolism in liver and adipose tissue. Thus, a liver-specific overexpression results in an elevated gluconeogenesis and hepatic glucose output. Furthermore, a fat-specific overexpression was associated with obesity, insulin resistance and dyslipidemia. Despite these intriguing data, the regulation of the human 11beta-HSD1 gene is still in its infancies. 8 promoter fragments from -3034 to +188 of 11beta-HSD1-gene were cloned to analyze promoter activity. Dual-Luciferase-Assay was used in humane HepG2 cells and in undifferentiated and differentiated 3T3-L1 cells. Furthermore, the region close to the transcription start was studied with a non-radioactive EMSA for binding of TATA-binding protein (TBP) and CCAAT/enhancer-binding-protein (C/EBP). The role of the endogenous and exogenous regulators fatty acids, PPARgamma and the incretin (Glucose-dependent insulinotropic Peptide) GIP was investigated in-vitro and in-vivo. Finally, the functional consequences of 2 Single Nucleotide Polymorphisms (SNP) within the promoter region were studied in cell culture and the MeSyBePo-cohorts for association with diabetes mellitus type 2 and body weight. The Luciferase-assay revealed a cell-specific regulation of 11beta-HSD1 and a repressor, which was active in all 3 cell models. Accordingly, a cell-specific regulation was observed in transactivation-assays with C/EBP-proteins -alpha, -beta and -delta. The 11beta-HSD1 enzyme expression and activity was specifically modified by the here investigated endogenous and exogenous factors, which was demonstrated in-vitro but also in-vivo in various experimental settings. The characterisation of the MeSyBePo-cohorte revealed no association between genotype and clinical phenotype, although a trend for an increased body weight and diabetes mellitus type 2 was detected. This work demonstrated a cell-specific regulation of the 11beta-HSD1 promoter. Furthermore, a binding site for TATA-binding proteins was detected in HepG2 and undifferentiated 3T3-L1 cells. A pivotal role in regulation of 11beta-HSD1 promoter activity was demonstrated for the C/EBP-proteins, especially in liver cells. The in-vivo-Studies revealed a regulation of enzyme expression and activity by endogenous, exogenous and pharmacological substances, which was confirmed and analyzed in more detail in cell culture experiments.
KW  - Promotor
KW  - 11beta-HSD1
KW  - Fettleibigkeit
KW  - Diabetes
KW  - Regulation
KW  - Promoter
KW  - 11beta-HSD1
KW  - Obesity
KW  - Diabetes
KW  - Regulation
Y1  - 2008
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-33033
ER  - 
TY  - THES
A1  - Dreja, Tanja S.
T1  - Microarray-basierte Expressionsanalysen des weißen Fettgewebes der NZO-Maus sowie der Langerhansschen Inseln der NZL-Maus : zwei Modelle für das metabolische Syndrom
T1  - Microarray based expression analyses of white adipose tissue of the NZO-mouse and of the islets of Langerhans of the NZL-mouse : two models for the human metabolic syndrome
N2  - Übergewicht und Adipositas führen zu Insulinresistenz und erhöhen deutlich das Risiko für die Entwicklung von Typ-2-Diabetes und kardiovaskulären Erkrankungen. Sowohl Adipositas als auch die Suszeptibilität gegenüber Diabetes sind zu einem erheblichen Teil genetisch determiniert. Die relevanten Risikogene, deren Interaktion mit der Umwelt, insbesondere mit Bestandteilen der Nahrung, und die Pathomechanismen, die zur Insulinresistenz und Diabetes führen, sind nicht vollständig aufgeklärt. In der vorliegenden Arbeit sollte durch Genexpressionsanalysen des weißen Fettgewebes (WAT) und der Langerhansschen Inseln die Entstehung und Progression von Adipositas und Typ-2-Diabetes untersucht werden, um relevante Pathomechanismen und neue Kandidatengene zu identifizieren. Zu diesem Zweck wurden Diät-Interventionsstudien mit NZO- und verwandten NZL-Mäusen, zwei polygenen Mausmodellen für das humane metabolische Syndrom, durchgeführt. Eine kohlenhydrathaltige Hochfett-Diät (HF: 14,6 % Fettanteil) führte in beiden Mausmodellen zu früher Adipositas, Insulinresistenz und Typ 2 Diabetes. Eine fettreduzierte Standarddiät (SD: 3,3 % Fettanteil), welche die Entstehung von Adipositas und Diabetes stark verzögert, sowie eine diabetesprotektive kohlenhydratfreie Hochfett-Diät (CHF: 30,2 % Fettanteil) dienten als Kontrolldiäten. Mit Hilfe der Microarray-Technologie wurden genomweite Expressionsprofile des WAT erstellt. Pankreatische Inseln wurden durch laserbasierte Mikropräparation (Laser Capture Microdissection; LCM) isoliert und ebenfalls hinsichtlich ihres Expressionsprofils analysiert. Differenziell exprimierte Gene wurden durch Real-Time-PCR validiert. Im WAT der NZO-Maus bewirkte die HF-Diät eine reduzierte Expression nukleärer Gene der oxidativen Phosphorylierung und von lipogenen Enzymen. Dies deutet auf eine inadäquate Fettspeicherung und -verwertung in diesen Tieren hin. Die Reduktion in der Fettspeicherung und -oxidation ist spezifisch für das adipöse NZO-Modell und konnte bei der schlanken SJL Maus nicht beobachtet werden, was auf eine mögliche Beteiligung an der Entstehung der Insulinresistenz hinweist. Zusätzlich wurde bestätigt, dass die Expansion des Fettgewebes bei der adipösen NZO-Maus eine zeitlich verzögerte Infiltration von Makrophagen in das WAT und dort eine lokale Immunantwort auslöst. Darüber hinaus wurde die Methode der LCM etabliert und zur Gewinnung hochangereicherter RNA aus den Langerhansschen Inseln eingesetzt. In erstmalig durchgeführten genomweiten Expressionsanalysen wurde zu einem frühen Zeitpunkt in der Diabetesentwicklung der Einfluss einer diabetogenen HF-Diät und einer diabetesprotektiven CHF-Diät auf das Expressionsprofil von pankreatischen Inselzellen verglichen. Im Gegensatz zum WAT bewirkt die diabetogene HF-Diät in Inselzellen einerseits, eine erhöhte Expression von nukleären Genen für die oxidative Phosphorylierung und andererseits von Genen, die mit Zellproliferation assoziiert sind. Zudem wurden 37 bereits annotierte Gene identifiziert, deren differenzielle Expression mit der Diabetesentwicklung korreliert. Das Peptidhormon Cholecystokinin (Cck, 11,8-fach erhöht durch die HF) stellt eines der am stärksten herauf regulierten Gene dar. Die hohe Anreicherung der Cck-mRNA in Inselzellen deutet auf eine bisher unbekannte Funktion des Hormons in der Regulation der Inselzellproliferation hin. Der Transkriptionsfaktor Mlxipl (ChREBP; 3,8-fach erniedrigt durch die HF) stellt in Langerhansschen Inseln eines der am stärksten herunter regulierten Gene dar. Ferner wurde ChREBP, dessen Funktion als glucoseregulierter Transkriptionsfaktor für lipogene Enzyme bislang in der Leber, aber nicht in Inselzellen nachgewiesen werden konnte, erstmals immunhistochemisch in Inselzellen detektiert. Dies deutet auf eine neue, bisher unbekannte regulatorische Funktion von ChREBP im Glucosesensor-Mechanismus der Inselzellen hin. Eine durchgeführte Korrelation der mit der Diabetesentwicklung assoziierten, differenziell exprimierten Inselzellgene mit Genvarianten aus humanen genomweiten Assoziationsstudien für Typ-2-Diabetes (WTCCC, Broad-DGI-T2D-Studie) ermöglichte die Identifizierung von 24 neuartigen Diabetes-Kandidatengenen. Die Ergebnisse der erstmals am polygenen NZO-Mausmodell durchgeführten genomweiten Expressionsuntersuchungen bestätigen bisherige Befunde aus Mausmodellen für Adipositas und Diabetes (z.B. ob/ob- und db/db-Mäuse), zeigen in einigen Fällen aber auch Unterschiede auf. Insbesondere in der oxidativen Phosphorylierung könnten die Ergebnisse relevant sein für das Verständnis der Pathogenese des polygen-bedingten humanen metabolischen Syndroms.
N2  - Overweight and obesity cause insulin resistance and increase the risk of developing type 2 diabetes and cardiovascular diseases. Both, obesity and susceptibility to diabetes, are to a major part genetically predisposed. The relevant genes, their interaction with the environment – especially with food components – and the pathomechanisms causing insulin resistance and diabetes are not fully known yet. In the present study the development and progression of obesity and type 2 diabetes should be investigated by the means of gene expression analyses of the white adipose tissue (WAT) and the islets of Langerhans to identify underlying pathomechanisms and new causative candidate genes. For this purpose diet intervention studies on NZO- and related NZL-mice – two polygenic mouse models for the human metabolic syndrome – were performed. A carbohydrate containing high fat-diet (HF: 14.6 % fat) caused early obesity, insulin resistance and type 2 diabetes in both mouse models. A fat reduced standard chow (SD: 3.3 % fat) which strongly delayed the onset of obesity and diabetes, and a diabetes protective carbohydrate free high fat-diet (CHF: 30.2 % fat) served as control diets. Using microarray technology genome wide expression profiles of the WAT were generated. Pancreatic islets were isolated by the means of laser capture microdissection (LCM) and expression profiles of them were created, too. Differentially expressed genes were validated by quantitative real time PCR. The HF-diet reduced the expression of nuclear genes of the oxidative phosphorylation and lipogenic enzymes in the WAT of the NZO-mouse. This suggests an inadequate storage and utilization of fat in these animals. This is specific for the obese NZO-model and wasn’t observed for the lean SJL-mouse, indicating a role in the development of insulin resistance. Additionally, there was proof that the enlargement of the WAT triggers a retarded infiltration of macrophages into the WAT and there a local immune response. Moreover, the LCM technique was established and used for the isolation of highly enriched RNA from islets of Langerhans. For the first time the influence of carbohydrates in a high fat-diet on the expression profile of pancreatic islets was investigated by the use of genome wide expression analyses at an early time point at the onset of diabetes. Contrary to the WAT the diabetogenic HF-diet in islets cells increased the expression of both nuclear genes coding for the oxidative phosphorylation and genes associated with cell proliferation. Furthermore 37 already annotated genes correlated with diabetes progression were identified. The peptide hormone cholecystokinin (Cck: 11.8-fold enriched by the HF-diet) is one of the most up-regulated genes. The strong enrichment of Cck-mRNA in islets suggests a previously unknown function of the hormone in the regulation of the islet cell proliferation. The transcription factor ChREBP (Mlxipl: 3.8-fold reduced by the HF-diet) is one of the most down-regulated genes in the islets of Langerhans. Moreover, ChREBP, which has been already identified as a glucose regulated transcription factor for lipogenic enzymes in the liver but not in islets of Langerhans, was detected for the first time in islet cells, using immunohistochemistry. This points to an until now unknown regulatory function of ChREBP in the glucosesensor mechanism of the islet cells. Correlation of the differentially expressed genes associated with diabetes progression with gene variants from human genome wide association studies for type 2 diabetes (WTCCC, Broad-DGI-T2D-study) made the identification of 24 new diabetes candidate genes possible. The results of the genome wide expression analyses, which were done for the first time on a polygenic mouse-model, corroborated previous results for monogenic mouse-models for obesity and diabetes (e.g. ob/ob- and db/db-mice), however also demonstrated differences in some instances. Especially the results concerning the oxidative phosphorylation could be relevant for the comprehension of the pathogenesis of the polygenic human metabolic syndrome.
KW  - Microarray
KW  - Diabetes
KW  - metabolisches Syndrom
KW  - Diätintervention
KW  - LCM
KW  - microarray
KW  - diabetes
KW  - human metabolic syndrome
KW  - diet intervention
KW  - laser capture microdissection
Y1  - 2009
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-32379
ER  - 
TY  - THES
A1  - Frey, Simone K.
T1  - Investigations on extra- and intracellular retinol-binding proteins
T1  - Untersuchungen zu extra- und intrazellulären Retinol-Bindungsproteinen
N2  - The fat-soluble vitamin A, which is chemically referred to retinol (ROH), is known to be essential for the process of vision, the immune system but also for cell differentiation and proliferation. Recently, ROH itself has been reported to be involved in adipogenesis and a ROH transport protein, the retinol-binding protein 4 (RBP4), in insulin resistance and type 2 diabetes. However, there is still considerable scientific debate about this relation. With the increasing amount of studies investigating the relation of ROH in obesity and type 2 diabetes, basic research is an essential prerequisite for interpreting these results. This thesis enhances the knowledge on this relation by reviewing ROH metabolism on extra- and intracellular level. Aim 1: In the blood stream ROH is transported in a complex with RBP4 and a second protein, transthyretin (TTR), to the target cells. The levels of RBP4 and TTR are influenced by several factors but mainly by liver and kidney function. The reason for that is that liver and the kidneys are the sites of RBP4 synthesis and catabolism, respectively. Interestingly, obesity and type 2 diabetes involve disorders of the liver and the kidneys. Therefore the aim was to investigate factors that influence RBP4 and TTR levels in relation to obesity and type 2 diabetes (Part 1). Aim 2: Once arrived in the target cell ROH is bound to cellular retinol-binding protein type I (CRBP-I) and metabolised: ROH can either be stored as retinylesters or it can be oxidised to retinoic acid (RA). By acting as a transcription factor in the nucleus RA may influence processes such as adipogenesis. Therefore vitamin A has been postulated to be involved in obesity and type 2 diabetes. CRBP-I is known to mediate the storage of ROH in the liver, but the extra-hepatic metabolism and the functions of CRBP-I are not well known. This has been investigated in Part 2 of this work. Material & Methods: RBP4 and TTR levels were investigated by ELISA in serum samples of human subjects with overweight, type 2 diabetes, kidney or liver dysfunction. Molecular alterations of the RBP4 and TTR protein structure were analysed by MALDI-TOF mass spectrometry. The functions of intracellular CRBP-I were investigated in CRBP-I knock-out mice in liver and extra-hepatic tissues by measuring ROH levels as well as the levels of its storage form, the retinylesters, using reverse phase HPLC. The postprandial uptake of ROH into tissues was analysed using labelled ROH. The mRNA levels of enzymes that metabolize ROH were examined by real-time polymerase chain reaction (RCR). Results: The previous published results showing increased RBP4 levels in type 2 diabetic patients could not be confirmed in this work. However, it could be shown that during kidney dysfunction RBP4 levels are increased and that RBP4 and TTR levels are decreased during liver dysfunction. The important new finding of this work is that increased RBP4 levels in type 2 diabetic mice were increased when kidney function was decreased. Thus an increase in RBP4 levels in type 2 diabetes may be the effect of a reduced kidney function which is common in type 2 diabetes. Interestingly, during severe kidney dysfunction the molecular structure of RBP4 and TTR was altered in a specific manner which was not the case during liver diseases and type 2 diabetes. This underlines the important function of the kidneys in RBP4 metabolism. CRBP-I has been confirmed to be responsible for the ROH storage in the liver since CRBP-I knock-out mice had decreased ROH and retinylesters (the storage form of ROH) levels in the liver. Interestingly, in the adipose tissue (the second largest ROH storage tissue in the body) ROH and retinylesters levels were higher in the CRBP-I knock-out compared to the wild-type mice. It could be shown in this work that a different ROH binding protein, cellular retinol-binding protein type III, is upregulated in CRBP-I knock-out mice. Moreover enzymes were identified which mediate very efficiently ROH esterification in the adipose tissue of the knock-out mice. In the pancreas there was a higher postprandial ROH uptake in the CRBP-I knock-out compard to wild-type mice. Even under a vitamin A deficient diet the knock-out animals had ROH and retinylesters levels which were comparable to wild-type animals. These results underline the important role of ROH for insulin secretion in the pancreas. Summing up, there is evidence that RBP4 levels are more determined by kidney function than by type 2 diabetes and that specific molecular modifications occur during kidney dysfunction. The results in adipose tissue and pancreas of CRBP-I knock-out mice support the hypothesis that ROH plays an important role in glucose and lipid metabolism.
N2  - Vitamin A gehört zur Gruppe der fettlöslichen Vitamine und wird chemisch als Retinol bezeichnet. Es ist essentiell für den Prozess des Sehvorgangs und der Zelldifferenzierung und kann daher bestimmte Entwicklungsprozesse wie die Bildung des Fettgewebes beeinflussen. Aufgrund seiner Fettlöslichkeit muss Retinol im Blut (= extrazellulär) sowie in der Zelle (= intrazellulär) an sogenannte Transport-Moleküle, die Retinol-bindenden Proteine (RBPs) gebunden werden. Die zwei bekanntesten Vertreter der RBPs sind das Retinol-bindende Protein 4 (RBP4) und das intrazelluläre Retinol-bindende Protein Typ I (CRBP-I). RBP4 transportiert Vitamin A im Blut von der Leber zur Zielzelle und zum Abbauorgan für Vitamin A, der Niere. CRBP-I ist in der Leber für die Speicherung von Vitamin A zuständig. In den letzten Jahren wurden neben der Beteiligung des Retinols an der Bildung des Fettgewebes auch Studien veröffentlicht, in denen ein Zusammenhang zwischen erhöhten RBP4-Werte im Blut und Typ-2-Diabetes gezeigt wurde. Bis heute ist der mögliche Zusammenhang zwischen RBP4, CRBP-I und Übergewicht nicht ausreichend erforscht. Im ersten Teil der Arbeit war daher das Ziel, Einflussfaktoren, die zu Veränderungen der RBP4-Werte im Blut führen können, zu untersuchen. Dazu wurden Blutproben von Personen mit Übergewicht und/oder Typ-2-Diabetes und Patienten mit Nierenfunktionsstörungen oder mit Leberfunktionsstörungen analysiert. Es konnte gezeigt werden, dass bereits geringe Nierenfunktionsstörungen zu erhöhten RBP4-Konzentrationen im Blut führten. Bei Typ-2-Diabetikern, die sehr oft an Nierenfunktionsstörungen leiden, war eine Erhöhung der RBP4-Konzentration mit einer Abnahme der Nierenfunktion verbunden. Somit lässt sich zusammenfassen, dass nicht Typ-2-Diabetes sondern vielmehr die dabei auftretenden Nierenfunktionsstörungen zu einer Erhöhung der RBP4-Werte führen. Bei Lebererkrankten konnte ein Absinken der RBP4-Werte nachgewiesen werden, was der verminderten Bildung von RBP4 in der Leber bei diesen Patienten zuzuschreiben ist. Im zweiten Teil sollte der Frage nachgegangen werden, wie Retinol intrazellulär verstoffwechselt wird. Dabei lag der Fokus auf der Erforschung der bisher nicht bekannten Funktionen von CRBP-I im Fettgewebe und der Bauchspeicheldrüse. Zur Untersuchung der Funktionen von CRBP-I wurden Mäuse gezüchtet, bei denen das Gen für CRBP-I gelöscht wurde. Da CRBP-I für die Speicherung von Vitamin A in der Leber verantwortlich ist, zeigen diese Mäuse sehr geringe Vitamin-A-Speicher in der Leber. Das gleiche zeigte sich für die Bauchspeicheldrüse, die für die Sekretion von Insulin Vitamin A benötigt: In den Mäusen ohne CRBP-I waren die Retinol-Werte drastisch gesunken. Interessanterweise zeigte sich im Fettgewebe ein gegenteiliges Bild: Die Konzentrationen an Retinol und dessen Speicher waren in den Mäusen ohne CRBP-I höher im Vergleich zu den normalen Mäusen. Mit bestimmten Nachweismethoden konnte herausgefunden werden, dass Retinol im Fettgewebe an ein anderes RBP, das CRBP-III, gebunden wird und dadurch effektiver gespeichert werden kann als durch CRBP-I.
KW  - Vitamin A
KW  - retinol
KW  - RBP
KW  - Retinol-Bindungsprotein 4
KW  - Diabetes
KW  - Vitamin A
KW  - retinol
KW  - RBP
KW  - Retinol-binding protein 4
KW  - diabetes
Y1  - 2009
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-31428
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Hansen, Dominique
A1  - Kraenkel, Nicolle
A1  - Kemps, Hareld
A1  - Wilhelm, Matthias
A1  - Abreu, Ana
A1  - Pfeiffer, Andreas F. H.
A1  - Jordao, Alda
A1  - Cornelissen, Veronique
A1  - Völler, Heinz
T1  - Management of patients with type 2 diabetes in cardiovascular rehabilitation
JF  - European journal of preventive cardiology : the official ESC journal for primary & secondary cardiovascular prevention, rehabilitation and sports cardiology
N2  - The clinical benefits of rehabilitation in cardiovascular disease are well established. Among cardiovascular disease patients, however, patients with type 2 diabetes mellitus require a distinct approach. Specific challenges to clinicians and healthcare professionals in patients with type 2 diabetes include the prevalence of peripheral and autonomic neuropathy, retinopathy, nephropathy, but also the intake of glucose-lowering medication. In addition, the psychosocial wellbeing, driving ability and/or occupational status can be affected by type 2 diabetes. As a result, the target parameters of cardiovascular rehabilitation and the characteristics of the cardiovascular rehabilitation programme in patients with type 2 diabetes often require significant reconsideration and a multidisciplinary approach. This review explains how to deal with diabetes-associated comorbidities in the intake screening of patients with type 2 diabetes entering a cardiovascular rehabilitation programme. Furthermore, we discuss diabetes-specific target parameters and characteristics of cardiovascular rehabilitation programmes for patients with type 2 diabetes in a multidisciplinary context, including the implementation of guideline-directed medical therapy.
KW  - Diabetes
KW  - cardiovascular rehabilitation
KW  - intake screening
KW  - exercise
Y1  - 2019
U6  - https://doi.org/10.1177/2047487319882820
SN  - 2047-4873
SN  - 2047-4881
VL  - 26
IS  - 2_SUPPL
SP  - 133
EP  - 144
PB  - Sage Publ.
CY  - London
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Hocher, Berthold
A1  - Reichetzeder, Christoph
A1  - Alter, Markus L.
T1  - Renal and cardiac effects of DPP-4 inhibitors - from preclinical development to clinical research
JF  - Kidney & blood pressure research : official organ of the Gesellschaft für Nephrologie
N2  - Inhibitors of type 4 dipeptidyl peptidase (DDP-4) were developed and approved for the oral treatment of type 2 diabetes. Its mode of action is to inhibit the degradation of incretins, such as type 1 glucagon like peptide (GLP-1), and GIP. GLP-1 stimulates glucose-dependent insulin secretion from pancreatic beta-cells and suppresses glucagon release from alpha-cells, thereby improving glucose control. Besides its action on the pancreas type 1 glucagon like peptide has direct effects on the heart, vessels and kidney mainly via the type 1 glucagon like peptide receptor (GLP-1R). Moreover, there are substrates of DPP-4 beyond incretins that have proven renal and cardiovascular effects such as BNP/ANP, NPY, PYY or SDF-1 alpha. Preclinical evidence suggests that DPP-4 inhibitors may be effective in acute and chronic renal failure as well as in cardiac diseases like myocardial infarction and heart failure. Interestingly, large cardiovascular meta-analyses of combined Phase II/III clinical trials with DPP-4 inhibitors point all in the same direction: a potential reduction of cardiovascular events in patients treated with these agents. A pooled analysis of pivotal Phase III, placebo-controlled, registration studies of linagliptin further showed a significant reduction of urinary albumin excretion after 24 weeks of treatment. The observation suggests direct renoprotective effects of DPP-4 inhibition that may go beyond its glucose-lowering potential. Type 4 dipeptidyl peptidase inhibitors have been shown to be very well tolerated in general, but for those excreted via the kidney dose adjustments according to renal function are needed to avoid side effects. In conclusion, the direct cardiac and renal effects seen in preclinical studies as well as meta-analysis of clinical trials may offer additional potentials - beyond improvement of glycemic control - for this newer class of drugs, such as acute kidney failure, chronic kidney failure as well as acute myocardial infarction and heart failure.
KW  - DDP-4 inhibition
KW  - Diabetes
KW  - GLP-1
KW  - Cardiovascular effects
KW  - Myocardial infarction
KW  - Kidney
KW  - Diabetic nephropathy
KW  - Acute renal failure
Y1  - 2012
U6  - https://doi.org/10.1159/000339028
SN  - 1420-4096
VL  - 36
IS  - 1
SP  - 65
EP  - 84
PB  - Karger
CY  - Basel
ER  - 
TY  - THES
A1  - Kluth, Oliver
T1  - Einfluss von Glucolipotoxizität auf die Funktion der β-Zellen diabetessuszeptibler und –resistenter Mausstämme
T1  - Effects of glucolipotoxicity on beta-cells of diabetes-susceptible and diabetes-resistant mouse strains
N2  - Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Auswirkungen von Glucose- und Lipidtoxizität auf die Funktion der β-Zellen von Langerhans-Inseln in einem diabetesresistenten (B6.V-Lepob/ob, ob/ob) sowie diabetessuszeptiblen (New Zealand Obese, NZO) Mausmodell zu untersuchen. Es sollten molekulare Mechanismen identifiziert werden, die zum Untergang der β-Zellen in der NZO-Maus führen bzw. zum Schutz der β-Zellen der ob/ob-Maus beitragen. Zunächst wurde durch ein geeignetes diätetisches Regime in beiden Modellen durch kohlenhydratrestriktive Ernährung eine Adipositas(Lipidtoxizität) induziert und anschließend durch Fütterung einer kohlenhydrathaltigen Diät ein Zustand von Glucolipotoxizität erzeugt. Dieses Vorgehen erlaubte es, in der NZO-Maus in einem kurzen Zeitfenster eine Hyperglykämie sowie einen β-Zelluntergang durch Apoptose auszulösen. Im Vergleich dazu blieben ob/ob-Mäuse längerfristig normoglykämisch und wiesen keinen β-Zelluntergang auf. Die Ursache für den β-Zellverlust war die Inaktivierung des Insulin/IGF-1-Rezeptor-Signalwegs, wie durch Abnahme von phospho-AKT, phospho-FoxO1 sowie des β-zellspezifischen Transkriptionsfaktors PDX1 gezeigt wurde. Mit Ausnahme des Effekts einer Dephosphorylierung von FoxO1, konnten ob/ob-Mäuse diesen Signalweg aufrechterhalten und dadurch einen Verlust von β-Zellen abwenden. Die glucolipotoxischen Effekte wurden in vitro an isolierten Inseln beider Stämme und der β-Zelllinie MIN6 bestätigt und zeigten, dass ausschließlich die Kombination hoher Glucose und Palmitatkonzentrationen (Glucolipotoxizität) negative Auswirkungen auf die NZO-Inseln und MIN6-Zellen hatte, während ob/ob-Inseln davor geschützt blieben. Die Untersuchung isolierter Inseln ergab, dass beide Stämme unter glucolipotoxischen Bedingungen keine Steigerung der Insulinexpression aufweisen und sich bezüglich ihrer Glucose-stimulierten Insulinsekretion nicht unterscheiden. Mit Hilfe von Microarray- sowie immunhistologischen Untersuchungen wurde gezeigt, dass ausschließlich ob/ob-Mäuse nach Kohlenhydratfütterung eine kompensatorische transiente Induktion der β-Zellproliferation aufwiesen, die in einer nahezu Verdreifachung der Inselmasse nach 32 Tagen mündete. Die hier erzielten Ergebnisse lassen die Schlussfolgerung zu, dass der β-Zelluntergang der NZO-Maus auf eine Beeinträchtigung des Insulin/IGF-1-Rezeptor-Signalwegs sowie auf die Unfähigkeit zur β- Zellproliferation zurückgeführt werden kann. Umgekehrt ermöglichen der Erhalt des Insulin/IGF-1-Rezeptor-Signalwegs und die Induktion der β-Zellproliferation in der ob/ob-Maus den Schutz vor einer Hyperglykämie und einem Diabetes.
N2  - The aim of the project was to investigate the impact of glucose- and fatty acid toxicity on β-cell function in a diabetes susceptible (New Zealand Obese, NZO) and resistant (B6.V-Lepob/ob, ob/ob)mouse model. Specifically, the molecular mechanisms of glucolipotoxicity-induced β-cell failure in the NZO mouse and pathways which contribute to protection of ob/ob mice against diet-induced type 2 diabetes should be elucidated. First, the animals were fed a fat-enriched carbohydrate-free diet which resulted in severe obesity and insulin resistance (lipotoxicity). Subsequently, mice were exposed to a carbohydrate-containing diet to induce conditions of glucolipotoxicity. This sequential dietary regimen provides a convenient method to induce rapid hyperglycaemia with β-cell destruction by apoptosis in a short time frame in NZO mice. In contrast, long-term exposure of ob/ob mice to the same dietary regimen leads to normoglycaemia and a protection against β-cell failure. The molecular mechanism behind carbohydrate-mediated β-cell destruction in NZO mice was an inactivation of the insulin/IGF-1 receptor signaling pathway including loss of phospho-AKT, phospho-FoxO1 and of the β-cell specific transcription factor PDX1. With the exception of FoxO1-dephosphorylation, ob/ob mice maintained this survival pathway and therefore were protected against loss of β-cells. The adverse effects of glucolipotoxicity on β-cells were verified in vitro by treatment of isolated NZO-islets and MIN6-cells under glucolipotoxic conditions. Only the combination of high glucose in the presence of palmitate caused deterioration of NZO-islets and MIN6-cells whereas ob/ob-islets were protected. The investigation of the insulin expression pattern showed, that glucolipotoxic conditions inhibited a glucose-induced increase in insulin expression in both, NZO and ob/ob islets. Furthermore, NZO and ob/ob-islets did not differ in glucose-stimulated insulin secretion. Expression profiling and immunohistochemical analyses of islets from NZO and ob/ob mice before and after carbohydrate intervention revealed a transient induction of a compensatory β-cell proliferation. During a 32 day carbohydrate feeding islet mass of ob/ob mice increased almost 3-fold. In conclusion, β-cell failure in NZO mice was induced via impairment of the insulin/IGF-1 signaling pathway and the inability to adequately increase β-cell mass by proliferation. Conversely, maintenance of the insulin/IGF-1 receptor signaling pathway and the induction of β-cell proliferation protected ob/ob mice against hyperglycaemia and type 2 diabetes.
KW  - Glucolipotoxizität
KW  - Beta-Zelle
KW  - NZO
KW  - ob/ob
KW  - Diabetes
KW  - glucolipotoxicity
KW  - beta-cell
KW  - NZO
KW  - ob/ob
KW  - diabetes
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-61961
ER  -