Christopher Allen Bishop

• As of late, epidemiological studies have highlighted a strong association of dairy intake with lower disease risk, and similarly with an increased amount of odd-chain fatty acids (OCFA). While the OCFA also demonstrate inverse associations with disease incidence, the direct dietary sources and mode of action of the OCFA remain poorly understood. The overall aim of this thesis was to determine the impact of two main fractions of dairy, milk fat and milk protein, on OCFA levels and their influence on health outcomes under high-fat (HF) diet conditions. Both fractions represent viable sources of OCFA, as milk fats contain a significant amount of OCFA and milk proteins are high in branched chain amino acids (BCAA), namely valine (Val) and isoleucine (Ile), which can produce propionyl-CoA (Pr-CoA), a precursor for endogenous OCFA synthesis, while leucine (Leu) does not. Additionally, this project sought to clarify the specific metabolic effects of the OCFA heptadecanoic acid (C17:0). Both short-term and long-term feeding studies wereAs of late, epidemiological studies have highlighted a strong association of dairy intake with lower disease risk, and similarly with an increased amount of odd-chain fatty acids (OCFA). While the OCFA also demonstrate inverse associations with disease incidence, the direct dietary sources and mode of action of the OCFA remain poorly understood. The overall aim of this thesis was to determine the impact of two main fractions of dairy, milk fat and milk protein, on OCFA levels and their influence on health outcomes under high-fat (HF) diet conditions. Both fractions represent viable sources of OCFA, as milk fats contain a significant amount of OCFA and milk proteins are high in branched chain amino acids (BCAA), namely valine (Val) and isoleucine (Ile), which can produce propionyl-CoA (Pr-CoA), a precursor for endogenous OCFA synthesis, while leucine (Leu) does not. Additionally, this project sought to clarify the specific metabolic effects of the OCFA heptadecanoic acid (C17:0). Both short-term and long-term feeding studies were performed using male C57BL/6JRj mice fed HF diets supplemented with milk fat or C17:0, as well as milk protein or individual BCAA (Val; Leu) to determine their influences on OCFA and metabolic health. Short-term feeding revealed that both milk fractions induce OCFA in vivo, and the increases elicited by milk protein could be, in part, explained by Val intake. In vitro studies using primary hepatocytes further showed an induction of OCFA after Val treatment via de novo lipogenesis and increased α-oxidation. In the long-term studies, both milk fat and milk protein increased hepatic and circulating OCFA levels; however, only milk protein elicited protective effects on adiposity and hepatic fat accumulation—likely mediated by the anti-obesogenic effects of an increased Leu intake. In contrast, Val feeding did not increase OCFA levels nor improve obesity, but rather resulted in glucotoxicity-induced insulin resistance in skeletal muscle mediated by its metabolite 3-hydroxyisobutyrate (3-HIB). Finally, while OCFA levels correlated with improved health outcomes, C17:0 produced negligible effects in preventing HF-diet induced health impairments. The results presented herein demonstrate that the beneficial health outcomes associated with dairy intake are likely mediated through the effects of milk protein, while OCFA levels are likely a mere association and do not play a significant causal role in metabolic health under HF conditions. Furthermore, the highly divergent metabolic effects of the two BCAA, Leu and Val, unraveled herein highlight the importance of protein quality.…
• In den letzten Jahren haben epidemiologische Studien einen Zusammenhang zwischen dem Verzehr von Milchprodukten und einem geringeren Krankheitsrisiko sowie einem erhöhten Gehalt an ungeradzahligen Fettsäuren (OCFA) aufgezeigt. Während die OCFA ebenfalls mit einem verminderten Krankheitsrisiko assoziiert sind, ist über die direkten diätetischen Quellen und die physiologische Rolle der OCFA noch wenig bekannt. Das Hauptziel dieser Arbeit war die Untersuchung der Bedeutung der beiden Hauptfraktionen von Milchprodukten, Milchfett und Milchprotein, für den OCFA-Gehalt und ihren Einfluss auf die Gesundheit unter den Bedingungen einer fettreichen Ernährung (HF). Beide Fraktionen sind mögliche OCFA-Quellen, da Milchfette selber signifikante Mengen an OCFA enthalten und Milchproteine einen hohen Anteil an verzweigtkettigen Aminosäuren (BCAA) haben, nämlich Valin (Val) und Isoleucin (Ile), aus denen Propionyl-CoA (Pr-CoA), eine Vorstufe für die endogene OCFA-Synthese, gebildet werden kann, während das für Leucin (Leu) nicht der Fall ist.In den letzten Jahren haben epidemiologische Studien einen Zusammenhang zwischen dem Verzehr von Milchprodukten und einem geringeren Krankheitsrisiko sowie einem erhöhten Gehalt an ungeradzahligen Fettsäuren (OCFA) aufgezeigt. Während die OCFA ebenfalls mit einem verminderten Krankheitsrisiko assoziiert sind, ist über die direkten diätetischen Quellen und die physiologische Rolle der OCFA noch wenig bekannt. Das Hauptziel dieser Arbeit war die Untersuchung der Bedeutung der beiden Hauptfraktionen von Milchprodukten, Milchfett und Milchprotein, für den OCFA-Gehalt und ihren Einfluss auf die Gesundheit unter den Bedingungen einer fettreichen Ernährung (HF). Beide Fraktionen sind mögliche OCFA-Quellen, da Milchfette selber signifikante Mengen an OCFA enthalten und Milchproteine einen hohen Anteil an verzweigtkettigen Aminosäuren (BCAA) haben, nämlich Valin (Val) und Isoleucin (Ile), aus denen Propionyl-CoA (Pr-CoA), eine Vorstufe für die endogene OCFA-Synthese, gebildet werden kann, während das für Leucin (Leu) nicht der Fall ist. Außerdem sollten in diesem Projekt die spezifischen metabolischen Auswirkungen der OCFA Heptadecansäure (C17:0) geklärt werden. Dazu wurden Kurzzeit- und Langzeit-Fütterungsstudien mit männlichen C57BL/6JRj-Mäusen durchgeführt, die mit HF-Diäten gefüttert wurden, die mit Milchfett oder C17:0 sowie mit Milchprotein oder einzelnen BCAA (Val; Leu) supplementiert wurden, um deren Einfluss auf die OCFA und die metabolische Gesundheit zu untersuchen. Kurzzeitstudien zeigten, dass beide Milchfraktionen OCFA induzieren, wobei die Erhöhungen durch Milchprotein teilweise durch die Val-Aufnahme erklärt werden konnten. Studien mit primären Hepatozyten zeigten außerdem eine Induktion von OCFA nach Val-Behandlung durch de-novo-Lipogenese und eine erhöhte α-Oxidation. In den Langzeitstudien erhöhten Milchfett und Milchprotein die hepatischen und zirkulierenden OCFA-Spiegel; allerdings hatte nur Milchprotein eine schützende Wirkung auf Adipositas und hepatische Fettansammlung, wahrscheinlich vermittelt durch eine erhöhte Leu-Aufnahme. Im Gegensatz dazu hatte die Val-Supplementierung keinen Einfluss auf die OCFA-Spiegel oder die Entwicklung von Adipositas, führte jedoch zu einer durch Glukotoxizität induzierten Insulinresistenz im Skelettmuskel, vermittelt durch den Val-Metaboliten 3-Hydroxyisobutyrat (3-HIB). Die C17:0-Supplementierung schließlich hatte keine Auswirkungen auf die HF-Diät-induzierte Adipositas und assoziierten Gesundheitsbeeinträchtigungen. Die hier vorgestellten Ergebnisse zeigen, dass die mit dem Verzehr von Milchprodukten verbundenen positiven gesundheitlichen Auswirkungen wahrscheinlich durch die Wirkung von Milchprotein vermittelt werden, während der OCFA-Gehalt wahrscheinlich nur eine Assoziation darstellt und keine signifikante kausale Rolle für die metabolische Gesundheit unter HF-Bedingungen spielt. Die hier aufgeklärten deutlich unterschiedlichen metabolischen Auswirkungen der beiden BCAA Leu und Val unterstreichen zudem die Bedeutung der Proteinqualität.…