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Background
High blood glucose and diabetes are amongst the conditions causing the greatest losses in years of healthy life worldwide. Therefore, numerous studies aim to identify reliable risk markers for development of impaired glucose metabolism and type 2 diabetes. However, the molecular basis of impaired glucose metabolism is so far insufficiently understood. The development of so called 'omics' approaches in the recent years promises to identify molecular markers and to further understand the molecular basis of impaired glucose metabolism and type 2 diabetes. Although univariate statistical approaches are often applied, we demonstrate here that the application of multivariate statistical approaches is highly recommended to fully capture the complexity of data gained using high-throughput methods.
Methods
We took blood plasma samples from 172 subjects who participated in the prospective Metabolic Syndrome Berlin Potsdam follow-up study (MESY-BEPO Follow-up). We analysed these samples using Gas Chromatography coupled with Mass Spectrometry (GC-MS), and measured 286 metabolites. Furthermore, fasting glucose levels were measured using standard methods at baseline, and after an average of six years. We did correlation analysis and built linear regression models as well as Random Forest regression models to identify metabolites that predict the development of fasting glucose in our cohort.
Results
We found a metabolic pattern consisting of nine metabolites that predicted fasting glucose development with an accuracy of 0.47 in tenfold cross-validation using Random Forest regression. We also showed that adding established risk markers did not improve the model accuracy. However, external validation is eventually desirable. Although not all metabolites belonging to the final pattern are identified yet, the pattern directs attention to amino acid metabolism, energy metabolism and redox homeostasis.
Conclusions
We demonstrate that metabolites identified using a high-throughput method (GC-MS) perform well in predicting the development of fasting plasma glucose over several years. Notably, not single, but a complex pattern of metabolites propels the prediction and therefore reflects the complexity of the underlying molecular mechanisms. This result could only be captured by application of multivariate statistical approaches. Therefore, we highly recommend the usage of statistical methods that seize the complexity of the information given by high-throughput methods.
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, 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.
Portal alumni
(2018)
Offenheit, Vertrauen und Zuverlässigkeit – das sind wichtige Säulen langanhaltender und erfolgreicher Partnerschaften. Partnerschaften auf Augenhöhe, die auf Freiwilligkeit, gegenseitigem Wohlwollen, Respekt, Vertrauen und Wertschätzung beruhen, werden auch an der Universität Potsdam gebraucht und gefördert. Sie entstehen zwischen Lehrenden, Studierenden und Alumni oder sie werden gelebt in vielfältigen Kontakten der Universität mit Stakeholdern in Politik, Wirtschaft und Gesellschaft. Wie in jeder Partnerschaft gilt auch hier das Prinzip des gegenseitigen Gebens und Nehmens. Sind Ziele, Rollen, Erwartungen und Rahmenbedingungen geklärt, kann aus einem ersten Gespräch eine neue Perspektive, ein zündender Impuls, eine Entscheidungshilfe oder sogar eine langjährige Kooperation werden. In dem 15. Heft unseres Alumni-Magazins berichten wir von solchen Partnerschaften. So stellen wir Biologieprofessorin Ursula Gaedke vor, die zu ihren ehemaligen Studierenden und Mitarbeitern langjährige Kontakte pflegt, von denen beide Seiten profitieren. Wir berichten aber auch vom Partnerkreis „Industrie & Wirtschaft“, der Unternehmen und die Universität Potsdam verbindet. Mit diesem Netzwerk wird die Fachkräftesicherung in der Region unterstützt und der Wissenstransfer gefördert. Die Vermittlung von Studierenden und Absolventen ist dabei ein wichtiger Baustein. Und nicht zuletzt kommen Ehemalige der Universität zu Wort und erzählen von ihren Partnerschaften zu Studierenden. Katharina Strauß beispielsweise, gibt ihre Erfahrungen aus dem Jurastudium und dem Berufsleben seit zehn Jahren an Studentinnen ihres Faches weiter. Im Juristinnen-Mentoring-Programm gibt sie Anstöße und neue Impulse und mildert so manche Prüfungsangst. Darüber hinaus stellen wir in diesem Heft auch wieder aktuelle Projekte Ihrer Alma Mater vor und berichten von den Höhepunkten des Jahres 2018.
Portal Transfer
(2020)
Selten stand die Wissenschaft so stark im öffentlichen Interesse wie in der gegenwärtigen Pandemie. Alle Augen richten sich auf die Medizin, die Entwicklung eines Impfstoffs, den Schutz vor Infektionen. Mehr und mehr rückt ins Bewusstsein, dass sich ohne faktenbasierte Forschung wohl keines der globalen Probleme lösen lassen wird, mit denen wir uns jetzt und in Zukunft befassen müssen. Ob im Klima- und Umweltschutz, in der Energiepolitik, in Fragen der sozialen Gerechtigkeit oder auch bei der Ernährung einer wachsenden Weltbevölkerung – überall braucht es die Expertise aus der Wissenschaft. Umso wichtiger ist es, deren Erkenntnisse und Innovationen zügig in die Praxis zu überführen.
Wie dies aus der Universität Potsdam heraus gelingt, berichten wir in unserem neuen Magazin „Portal Transfer“. Wir erzählen von Forschenden, die etwas Neues wagen und ihre Ideen in einem eigenen Unternehmen umsetzen, wie zum Beispiel die Ernährungswissenschaftlerin Dr. Ina Henkel, die Tierfutter auf Insektenbasis produziert. Wir geben lebendige Einblicke in die Arbeitsweise von Startups, porträtieren Menschen, deren Karrierewege Mut machen, und zeichnen die Motive gemeinschaftlichen Engagements nach. Nicht zuletzt erklären wir, was sich hinter dem Projekt „Inno-UP“ verbirgt, warum wir eine Universitätsschule planen und wie sich Bürgerinnen und Bürger selbst in die Forschung einbringen können.
Viele der Akteure, die wir vorstellen, sind Alumnae und Alumni der Universität, die ihr im Studium erworbenes Wissen nun im Beruf einsetzen, wie die syrische Lehrerin Wahida Alomar in einer Grundschule in Brandenburg, der Biochemiker Dr. Michael Breitenstein im Unternehmen dropnostix oder der Weltklasse-Kanute Ronald Verch im Potsdamer Zentrum für Hochschulsport. Für die besondere Leistungsstärke unserer Universität spricht, dass sie auch Brandenburgs Wissenschaftsministerin Dr. Manja Schüle und Potsdams Oberbürgermeister Mike Schubert zu ihren Absolventen zählt. Wie hat sich deren Perspektive auf ihre Alma Mater verändert? Wir haben sie dazu befragt.
Die Illustrationen in diesem Heft stammen übrigens ebenfalls von einer Alumna: Dr. Franziska Schwarz hat sich mit ihrer Firma SciVisTo der Wissenschaftskommunikation verschrieben. Und ist uns damit sehr nahe. Genau wie sie verstehen wir uns als Mittler zwischen Wissenschaft und Gesellschaft, pflegen den Dialog, das Gespräch, die Diskussion – ob im Partnerkreis Industrie und Wirtschaft, in der Universitätsgesellschaft oder in unserer neuen Veranstaltungsreihe „Uni findet Stadt“, sobald dies die Pandemie wieder zulässt. Bis dahin laden wir Sie ein, mit uns lesend in den Gedankenaustausch zu treten. Wir freuen uns über Lob und Kritik, Ihre Anregungen und – neue Ideen!
Objective: Retinol is transported in a complex with retinol-binding protein 4 (RBP4) and transthyretin (TTR) in the circulation. While retinol is associated with various cardiovascular risk factors, the relation between retinol, RBP4, TTR and carotid intima media thickness (IMT) has not been analysed yet. Methods: Retinol, RBP4 and TTR were measured in 96 individuals and their relation to mean and maximal IMT was determined. Results: Mean IMT correlated with RBP4 (r = 0.335, p < 0.001), retinol (r = -0.241, p = 0.043), RBP/TTR ratio (r = 0.254, p = 0.025) and retinol/RBP4 ratio (r = -0.549, p < 0.001). Adjustment for age, sex, BMI, blood pressure, HDL/total cholesterol ratio, triglyceride, diabetes and smoking revealed that the retinol/RBP4 ratio was strongly and independently associated with mean IMT. Similar results were found for maximal IMT, which included the measurement of plaques. Conclusion: The data support that the transport complex of vitamin A is associated with the IMT, an established parameter of atherosclerosis. Changes in RBP4 saturation with retinol may link renal dysfunction and insulin resistance to atherosclerosis.