Franziska Schwarz

• Die Häufung von Diabetes, Herz-Kreislauf-Erkrankungen und einigen Krebsarten, deren Entstehung auf Übergewicht und Bewegungsmangel zurückzuführen sind, ist ein aktuelles Problem unserer Gesellschaft. Insbesondere mit fortschreitendem Alter nehmen die damit einhergehenden Komplikationen zu. Umso bedeutender ist das Verständnis der pathologischen Mechanismen in Folge von Adipositas, Bewegungsmangel, des Alterungsprozesses und den Einfluss-nehmenden Faktoren. Ziel dieser Arbeit war die Entstehung metabolischer Erkrankungen beim Menschen zu untersuchen. Die Auswertung von Verlaufsdaten anthropometrischer und metabolischer Parameter der 584 Teilnehmern der prospektiven ‚Metabolisches Syndrom Berlin Potsdam Follow-up Studie‘ wies für die gesamte Kohorte einen Anstieg an Übergewicht, ebenso eine Verschlechterung des Blutdrucks und des Glukosestoffwechsels auf. Wir untersuchten, ob das Hormon FGF21 Einfluss an dem Auftreten eines Diabetes mellitus Typ 2 (T2DM) oder des Metabolischen Syndroms (MetS) hat. Wir konnten zeigen, dass Personen, dieDie Häufung von Diabetes, Herz-Kreislauf-Erkrankungen und einigen Krebsarten, deren Entstehung auf Übergewicht und Bewegungsmangel zurückzuführen sind, ist ein aktuelles Problem unserer Gesellschaft. Insbesondere mit fortschreitendem Alter nehmen die damit einhergehenden Komplikationen zu. Umso bedeutender ist das Verständnis der pathologischen Mechanismen in Folge von Adipositas, Bewegungsmangel, des Alterungsprozesses und den Einfluss-nehmenden Faktoren. Ziel dieser Arbeit war die Entstehung metabolischer Erkrankungen beim Menschen zu untersuchen. Die Auswertung von Verlaufsdaten anthropometrischer und metabolischer Parameter der 584 Teilnehmern der prospektiven ‚Metabolisches Syndrom Berlin Potsdam Follow-up Studie‘ wies für die gesamte Kohorte einen Anstieg an Übergewicht, ebenso eine Verschlechterung des Blutdrucks und des Glukosestoffwechsels auf. Wir untersuchten, ob das Hormon FGF21 Einfluss an dem Auftreten eines Diabetes mellitus Typ 2 (T2DM) oder des Metabolischen Syndroms (MetS) hat. Wir konnten zeigen, dass Personen, die später ein MetS entwickeln, bereits zu Studienbeginn einen erhöhten FGF21-Spiegel, einen höheren BMI, WHR, Hb1Ac und diastolischen Blutdruck aufwiesen. Neben FGF21 wurde auch Vaspin in diesem Zusammenhang untersucht. Es zeigte sich, dass Personen, die später einen T2DM entwickeln, neben einer Erhöhung klinischer Parameter tendenziell erhöhte Spiegel des Hormons aufwiesen. Mit FGF21 und Vaspin wurden hier zwei neue Faktoren für die Vorhersage des Metabolischen Syndroms bzw. Diabetes mellitus Typ 2 identifiziert. Der langfristige Effekt einer Gewichtsreduktion wurde in einer Subkohorte von 60 Personen untersucht. Der überwiegende Teil der Probanden mit Gewichtsabnahme-Intervention nahm in der ersten sechsmonatigen Phase erfolgreich ab. Jedoch zeigte sich ein deutlicher Trend zur Wiederzunahme des verlorenen Gewichts über den Beobachtungszeitraum von fünf Jahren. Von besonderem Interesse war die Abschätzung des kardiovaskulären Risikos über den Framingham Score. Es wurde deutlich, dass für Personen mit konstanter Gewichtsabnahme ein deutlich geringeres kardiovaskuläres Risiko bestand. Hingegen zeigten Personen mit konstanter Wiederzunahme oder starken Gewichtsschwankungen ein hohes kardiovaskuläres Risiko. Unsere Daten legten nahe, dass eine erfolgreiche dauerhafte Gewichtsreduktion statistisch mit einem erniedrigten kardiovaskulären Risiko assoziiert ist, während Probanden mit starken Gewichtsschwankungen oder einer Gewichtszunahme ein gesteigertes Risiko haben könnten. Um die Interaktion der molekularen Vorgänge hinsichtlich der Gewichtsreduktion und Lebensspanne untersuchen zu können, nutzen wir den Modellorganismus C.elegans. Eine kontinuierliche Restriktion wirkte sich verlängernd, eine Überversorgung verkürzend auf die Lebensspanne des Rundwurms aus. Der Einfluss eines zeitlich eingeschränkten, intermittierenden Nahrungsregimes, analog zum Weight-Cycling im Menschen, auf die Lebensspanne war von großem Interesse. Dieser regelmäßige Wechsel zwischen ad libitum Fütterung und Restriktion hatte in Abhängigkeit von der Häufigkeit der Restriktion einen unterschiedlich starken lebensverlängernden Effekt. Phänomene, wie Gewichtswiederzunahmen, sind in C.elegans nicht zu beobachten und beruhen vermutlich auf einem Mechanismus ist, der evolutionär jünger und in C.elegans noch nicht angelegt ist. Um neue Stoffwechselwege zu identifizieren, die die Lebensspanne beeinflussen, wurden Metabolitenprofile genetischer als auch diätetischer Langlebigkeitsmodelle analysiert. Diese Analysen wiesen den Tryptophan-Stoffwechsel als einen neuen, bisher noch nicht im Fokus stehenden Stoffwechselweg aus, der mit Langlebigkeit in Verbindung steht.…
• The accumulation of diseases attributed to obesity and sedentary lifestyle has emerged as a current problem in our society. Over time, the accompanying complications increase. Therefore, it is of utmost importance to understand the pathological mechanisms due to overweight and a lack of physical activity, as well as of the aging process and its influencing factors. Our aim was to examine the development of metabolic diseases in a human cohort. We evaluated anthropometric data and metabolic parameters of 584 participants of the prospective MeSyBePo follow-up study with a mean follow-up of more than 5 years. We observed an increase in excess weight in the entire cohort. Likewise worsening of blood pressure and parameters of glucose metabolism was distinctive for this group. FGF21 was identified as a new potential biomarker for the evaluation of the risk of Diabetes mellitus type 2 and the metabolic syndrome. By exclusion of all individuals with a diagnosed Diabetes mellitus type 2 as well as metabolic syndrome at baseline we examinedThe accumulation of diseases attributed to obesity and sedentary lifestyle has emerged as a current problem in our society. Over time, the accompanying complications increase. Therefore, it is of utmost importance to understand the pathological mechanisms due to overweight and a lack of physical activity, as well as of the aging process and its influencing factors. Our aim was to examine the development of metabolic diseases in a human cohort. We evaluated anthropometric data and metabolic parameters of 584 participants of the prospective MeSyBePo follow-up study with a mean follow-up of more than 5 years. We observed an increase in excess weight in the entire cohort. Likewise worsening of blood pressure and parameters of glucose metabolism was distinctive for this group. FGF21 was identified as a new potential biomarker for the evaluation of the risk of Diabetes mellitus type 2 and the metabolic syndrome. By exclusion of all individuals with a diagnosed Diabetes mellitus type 2 as well as metabolic syndrome at baseline we examined whether FGF21 would have a predictive value for the incidence of Diabetes mellitus type 2 or the metabolic syndrome. We could show that, compared to controls, individuals who developed a metabolic syndrome had significantly elevated FGF21 levels at baseline accompanied by higher BMI, WHR, Hb1Ac and diastolic blood pressure. FGF21 proved to be an independent predictor of the metabolic syndrome following adjustment for age, gender, follow-up time, WHR, systolic blood pressure, HDL, triglycerides and fasting blood glucose levels. Vaspin was identified as another adipokine that influenced the risk of Diabetes mellitus type 2. We examined whether yaspin had a predictive value for the incidence of Diabetes mellitus type 2 under exclusion of all diabetics at baseline and all participants with the intention to lose weight. We could show that, compared to controls, individuals who became diabetic had significantly higher BMI, WHR, HbA1c, systolic blood pressure, triglycerides, fasting plasma glucose as well as 2h glucose. Vaspin had a strong effect on the risk of Diabetes mellitus type 2 when adjusted for age, gender, BMI, follow-up time, Hb1Ac, waist circumference, leukocytes and light activity. In a subcohort of 60 individuals with the intention to lose weight, the long-term effects of weight loss were examined. Weight course of all 60 participants was asked and validated. The majority reduced weight successfully during the initial intervention period of 6 month. However, a distinct trend indicated weight regain over time. The evaluation of cardiovascular risk by the Framingham Risk Score for this cohort was of particular interest. Stratified by weight course, the cardiovascular risk was reduced for those with constant weight. Elevated risk was calculated for individuals with constant regain or strong weight cycling. Overall, the size of our cohort was insufficient to come to a final conclusion. Our data imply that a successful weight loss is associated with a lower estimated cardiovascular risk, while individuals who regain weight are likely to increase their estimated cardiovascular risk. A comparison of the incident cases between groups of Diabetes mellitus type 2 and the metabolic syndrome showed that for those with weight cycling there was a higher risk for an incident of the metabolic syndrome. In order to examine the molecular mechanisms in a simple organism with focus on the interaction of weight reduction and life span, we chose C.elegans. For this model, the influence of a scheduled fasting regime and its influence on life span was examined. Continuous restriction and oversupply of nutrients caused elongated and shortened life spans, respectively. We were interested in the effect of an intermittent fasting regime on life span. The regular switch between ad libitum feeding and restriction as a function of the number of restriction cycles caused various life prolonging effects. The phenomenon of weight regain known amongst humans could not be observed in the nematode. The effect is probably regulated via mechanisms that are phylogenetically younger and therefore not present yet in the nematode. As a speculation, the reward system could be the missing mechanism in the nematode. In order to identify new metabolic pathways that influence life span we analysed metabolic profiles of genetically and dietary longlived models. We identified trytophan metabolism as a new, yet unknown pathway that is related to the regulation of life span. Its significance was examined via RNA interference by inhibiting the degradation and alternation of tryptophan, which resulted in an increase in life span. In summary, we were able to identify two new hormones as predictors for the metabolic syndrome and Diabetes mellitus type 2 - Vaspin and FGF21. We showed that a successful weight reduction is often followed by weight regain and that this is associated with negative metabolic consequences. The limitation of our study is the small size of the cohort. Therefore a final evaluation of the examined relations is not yet possible. For the nematode C.elegans, we could show that the frequency of fasting periods is a life extending factor that should not be underestimated. We assume that the mechanisms behind the negative metabolic consequences of an intended weight reduction are phylogenetically younger and therefore not yet present in the nematode. In an unbiased analyses of the changes in metabolic profiles in different nematodes, we were able to prove the importance of the tryptophan pathway for longevity in the nematode.…