Refine
Has Fulltext
- yes (15) (remove)
Year of publication
- 2017 (15) (remove)
Document Type
- Postprint (10)
- Doctoral Thesis (5)
Is part of the Bibliography
- yes (15)
Keywords
- Adipositas (2)
- kidney transplantation (2)
- obesity (2)
- Anaphylaxie (1)
- Ausdauerleistung (1)
- Biomarker (1)
- Blood (1)
- C-reactive protein (1)
- Cattle (1)
- Cow-side assay (1)
Institute
- Institut für Ernährungswissenschaft (15) (remove)
Background: Gestational diabetes mellitus (GDM) is associated with adverse pregnancy outcomes. It is known that GDM is associated with an altered placental function and changes in placental gene regulation. More recent studies demonstrated an involvement of epigenetic mechanisms. So far, the focus regarding placental epigenetic changes in GDM was set on gene-specific DNA methylation analyses. Studies that robustly investigated placental global DNA methylation are lacking. However, several studies showed that tissue-specific alterations in global DNA methylation are independently associated with type 2 diabetes. Thus, the aim of this study was to characterize global placental DNA methylation by robustly measuring placental DNA 5-methylcytosine (5mC) content and to examine whether differences in placental global DNA methylation are associated with GDM.
Methods: Global DNA methylation was quantified by the current gold standard method, LC-MS/MS. In total, 1030 placental samples were analyzed in this single-center birth cohort study.
Results: Mothers with GDM displayed a significantly increased global placental DNA methylation (3.22 ± 0.63 vs. 3.00 ± 0.46 %; p = 0.013; ±SD). Bivariate logistic regression showed a highly significant positive correlation between global placental DNA methylation and the presence of GDM (p = 0.0009). Quintile stratification according to placental DNA 5mC levels revealed that the frequency of GDM was evenly distributed in quintiles 1–4 (2.9–5.3 %), whereas the frequency in the fifth quintile was significantly higher (10.7 %; p = 0.003). Bivariate logistic models adjusted for maternal age, BMI, ethnicity, recurrent miscarriages, and familiar diabetes predisposition clearly demonstrated an independent association between global placental DNA hypermethylation and GDM. Furthermore, an ANCOVA model considering known predictors of DNA methylation substantiated an independent association between GDM and placental DNA methylation.
Conclusions: This is the first study that employed a robust quantitative assessment of placental global DNA methylation in over a thousand placental samples. The study provides large scale evidence that placental global DNA hypermethylation is associated with GDM, independent of established risk factors.
Einleitung: Die Erdnussallergie zählt zu den häufigsten Nahrungsmittelallergien im Kindesalter. Bereits kleine Mengen Erdnuss (EN) können zu schweren allergischen Reaktionen führen. EN ist der häufigste Auslöser einer lebensbedrohlichen Anaphylaxie bei Kindern und Jugendlichen. Im Gegensatz zu anderen frühkindlichen Nahrungsmittelallergien entwickeln Patienten mit einer EN-Allergie nur selten eine natürliche Toleranz. Seit mehreren Jahren wird daher an kausalen Therapiemöglichkeiten für EN-Allergiker, insbesondere an der oralen Immuntherapie (OIT), geforscht. Erste kleinere Studien zur OIT bei EN-Allergie zeigten erfolgsversprechende Ergebnisse. Im Rahmen einer randomisierten, doppelblind, Placebo-kontrollierten Studie mit größerer Fallzahl werden in der vorliegenden Arbeit die klinische Wirksamkeit und Sicherheit dieser Therapieoption bei Kindern mit EN-Allergie genauer evaluiert. Des Weiteren werden immunologische Veränderungen sowie die Lebensqualität und Therapiebelastung unter OIT untersucht.
Methoden: Kinder zwischen 3-18 Jahren mit einer IgE-vermittelten EN-Allergie wurden in die Studie eingeschlossen. Vor Beginn der OIT wurde eine orale Provokation mit EN durchgeführt. Die Patienten wurden 1:1 randomisiert und entsprechend der Verum- oder Placebogruppe zugeordnet. Begonnen wurde mit 2-120 mg EN bzw. Placebo pro Tag, abhängig von der Reaktionsdosis bei der oralen Provokation. Zunächst wurde die tägliche OIT-Dosis alle zwei Wochen über etwa 14 Monate langsam bis zu einer Erhaltungsdosis von mindestens 500 mg EN (= 125 mg EN-Protein, ~ 1 kleine EN) bzw. Placebo gesteigert. Die maximal erreichte Dosis wurde dann über zwei Monate täglich zu Hause verabreicht. Im Anschluss erfolgte erneut eine orale Provokation mit EN. Der primäre Endpunkt der Studie war die Anzahl an Patienten der Verum- und Placebogruppe, die unter oraler Provokation nach OIT ≥1200 mg EN vertrugen (=„partielle Desensibilisierung“). Sowohl vor als auch nach OIT wurde ein Hautpricktest mit EN durchgeführt und EN-spezifisches IgE und IgG4 im Serum bestimmt. Außerdem wurden die Basophilenaktivierung sowie die Ausschüttung von T-Zell-spezifischen Zytokinen nach Stimulation mit EN in vitro gemessen. Anhand von Fragebögen wurde die Lebensqualität vor und nach OIT sowie die Therapiebelastung während OIT erfasst.
Ergebnisse: 62 Patienten wurden in die Studie eingeschlossen und randomisiert. Nach etwa 16 Monaten unter OIT zeigten 74,2% (23/31) der Patienten der Verumgruppe und nur 16,1% (5/31) der Placebogruppe eine „partielle Desensibilisierung“ gegenüber EN (p<0,001). Im Median vertrugen Patienten der Verumgruppe 4000 mg EN (~8 kleine EN) unter der Provokation nach OIT wohingegen Patienten der Placebogruppe nur 80 mg EN (~1/6 kleine EN) vertrugen (p<0,001). Fast die Hälfte der Patienten der Verumgruppe (41,9%) tolerierten die Höchstdosis von 18 g EN unter Provokation („komplette Desensibilisierung“). Es zeigte sich ein vergleichbares Sicherheitsprofil unter Verum- und Placebo-OIT in Bezug auf objektive Nebenwirkungen. Unter Verum-OIT kam es jedoch signifikant häufiger zu subjektiven Nebenwirkungen wie oralem Juckreiz oder Bauchschmerzen im Vergleich zu Placebo (3,7% der Verum-OIT-Gaben vs. 0,5% der Placebo-OIT-Gaben, p<0,001). Drei Kinder der Verumgruppe (9,7%) und sieben Kinder der Placebogruppe (22,6%) beendeten die Studie vorzeitig, je zwei Patienten beider Gruppen aufgrund von Nebenwirkungen. Im Gegensatz zu Placebo, zeigten sich unter Verum-OIT signifikante immunologische Veränderungen. So kam es zu einer Abnahme des EN-spezifischen Quaddeldurchmessers im Hautpricktest, einem Anstieg der EN-spezifischen IgG4-Werte im Serum sowie zu einer verminderten EN-spezifischen Zytokinsekretion, insbesondere der Th2-spezifischen Zytokine IL-4 und IL-5. Hinsichtlich der EN-spezifischen IgE-Werte sowie der EN-spezifischen Basophilenaktivierung zeigten sich hingegen keine Veränderungen unter OIT. Die Lebensqualität von Kindern der Verumgruppe war nach OIT signifikant verbessert, jedoch nicht bei Kindern der Placebogruppe. Während der OIT wurde die Therapie von fast allen Kindern (82%) und Müttern (82%) als positiv bewertet (= niedrige Therapiebelastung).
Diskussion: Die EN-OIT führte bei einem Großteil der EN-allergischen Kinder zu einer Desensibilisierung und einer deutlich erhöhten Reaktionsschwelle auf EN. Somit sind die Kinder im Alltag vor akzidentellen Reaktionen auf EN geschützt, was die Lebensqualität der Kinder deutlich verbessert. Unter den kontrollierten Studienbedingungen zeigte sich ein akzeptables Sicherheitsprofil, mit vorrangig milder Symptomatik. Die klinische Desensibilisierung ging mit Veränderungen auf immunologischer Ebene einher. Langzeitstudien zur EN-OIT müssen jedoch abgewartet werden, um die klinische und immunologische Wirksamkeit hinsichtlich einer möglichen langfristigen oralen Toleranzinduktion sowie die Sicherheit unter langfristiger OIT zu untersuchen, bevor das Therapiekonzept in die Praxis übertragen werden kann.
Cancer cachexia, of which the most notable symptom is severe and rapid weight loss, is present in the majority of patients with advanced cancer. Inflammatory mediators play an important role in the development of cachexia, envisaged as a chronic inflammatory syndrome. The white adipose tissue (WAT) is one of the first compartments affected in cancer cachexia and suffers a high rate of lipolysis. It secretes several cytokines capable of directly regulating intermediate metabolism. A common pathway in the regulation of the expression of pro-inflammatory cytokines in WAT is the activation of the nuclear transcription factor kappa-B (NF-κB). We have examined the gene expression of the subunits NF-κBp65 and NF-κBp50, as well as NF-κBp65 and NF-κBp50 binding, the gene expression of pro-inflammatory mediators under NF-κB control (IL-1β, IL-6, INF-γ, TNF-α, MCP-1), and its inhibitory protein, nuclear factor of kappa light polypeptide gene enhancer in B-cells inhibitor, alpha (IκB-α). The observational study involved 35 patients (control group, n = 12 and cancer group, n = 23, further divided into cachectic and non-cachectic). NF-κBp65 and its target genes expression (TNF-α, IL-1β, MCP-1 and IκB-α) were significantly higher in cachectic cancer patients. Moreover, NF-κBp65 gene expression correlated positively with the expression of its target genes. The results strongly suggest that the NF-κB pathway plays a role in the promotion of WAT inflammation during cachexia.
Background: The relative dose response (RDR) test, which quantifies the increase in serum retinol after vitamin A administration, is a qualitative measure of liver vitamin A stores. Particularly in preterm infants, the feasibility of the RDR test involving blood is critically dependent on small sample volumes. Objectives: This study aimed to assess whether the RDR calculated with retinol-binding protein 4 (RBP4) might be a substitute for the classical retinol-based RDR test for assessing vitamin A status in very preterm infants. Methods: This study included preterm infants with a birth weight below 1,500 g (n = 63, median birth weight 985 g, median gestational age 27.4 weeks) who were treated with 5,000 IU retinyl palmitate intramuscularly 3 times a week for 4 weeks. On day 3 (first vitamin A injection) and day 28 of life (last vitamin A injection), the RDR was calculated and compared using serum retinol and RBP4 concentrations. Results: The concentrations of retinol (p < 0.001) and RBP4 (p < 0.01) increased significantly from day 3 to day 28. On day 3, the median (IQR) retinol-RDR was 27% (8.4-42.5) and the median RBP4-RDR was 8.4% (-3.4 to 27.9), compared to 7.5% (-10.6 to 20.8) and -0.61% (-19.7 to 15.3) on day 28. The results for retinol-RDR and RBP4-RDR revealed no significant correlation. The agreement between retinol-RDR and RBP4-RDR was poor (day 3: Cohen's κ = 0.12; day 28: Cohen's κ = 0.18). Conclusion: The RDR test based on circulating RBP4 is unlikely to reflect the hepatic vitamin A status in preterm infants.
Background
The kidneys are essential for the metabolism of vitamin A (retinol) and its transport proteins retinol-binding protein 4 (RBP4) and transthyretin. Little is known about changes in serum concentration after living donor kidney transplantation (LDKT) as a consequence of unilateral nephrectomy; although an association of these parameters with the risk of cardiovascular diseases and insulin resistance has been suggested. Therefore we analyzed the concentration of retinol, RBP4, apoRBP4 and transthyretin in serum of 20 living-kidney donors and respective recipients at baseline as well as 6 weeks and 6 months after LDKT.
Results
As a consequence of LDKT, the kidney function of recipients was improved while the kidney function of donors was moderately reduced within 6 weeks after LDKT. With regard to vitamin A metabolism, the recipients revealed higher levels of retinol, RBP4, transthyretin and apoRBP4 before LDKT in comparison to donors. After LDKT, the levels of all four parameters decreased in serum of the recipients, while retinol, RBP4 as well as apoRBP4 serum levels of donors increased and remained increased during the follow-up period of 6 months.
Conclusion
LDKT is generally regarded as beneficial for allograft recipients and not particularly detrimental for the donors. However, it could be demonstrated in this study that a moderate reduction of kidney function by unilateral nephrectomy, resulted in an imbalance of components of vitamin A metabolism with a significant increase of retinol and RBP4 and apoRBP4 concentration in serum of donors.
Background: The biological properties of oxidized and non-oxidized PTH are substantially different. Oxidized PTH (oxPTH) loses its PTH receptor-stimulating properties, whereas non-oxidized PTH (n-oxPTH) is a full agonist of the receptor. This was described in more than 20 well published studies in the 1970(s) and 80(s). However, PTH oxidation has been ignored during the development of PTH assays for clinical use so far. Even the nowadays used third generation assay systems do not consider oxidation of PTH. We recently developed an assay to differentiate between oxPTH and n-oxPTH. In the current study we established normal values for this assay system. Furthermore, we compare the ratio of oxPTH to n-oxPTH in different population with chronic renal failure: 620 children with renal failure stage 2-4 of the 4C study, 342 adult patients on dialysis, and 602 kidney transplant recipients. In addition, we performed modeling of the interaction of either oxPTH or n-oxPTH with the PTH receptor using biophysical structure approaches. Results: The children had the highest mean as well as maximum n-oxPTH concentrations as compared to adult patients (both patients on dialysis as well as kidney transplant recipients). The relationship between oxPTH and n-oxPTH of individual patients varied substantially in all three populations with renal impairment. The analysis of n-oxPTH in 89 healthy control subjects revealed that n-oxPTH concentrations in patient with renal failure were higher as compared to healthy adult controls (2.25-fold in children with renal failure, 1.53-fold in adult patients on dialysis, and 1.56-fold in kidney transplant recipients, respectively). Computer assisted biophysical structure modeling demonstrated, however, minor sterical- and/or electrostatic changes in oxPTH and n-oxPTH. This indicated that PTH oxidation may induce refolding of PTH and hence alters PTH-PTH receptor interaction via oxidation induced three-dimensional structure alteration of PTH. Conclusion: A huge proportion of circulating PTH measured by current state-of-the-art assay systems is oxidized and thus not biologically active. The relationship between oxPTH and n-oxPTH of individual patients varied substantially. Non-oxidized PTH concentrations are 1.5 - 2.25 fold higher in patients with renal failure as compared to health controls. Measurements of n-oxPTH may reflect the hormone status more precise. The iPTH measures describes most likely oxidative stress in patients with renal failure rather than the PTH hormone status. This, however, needs to be demonstrated in further clinical studies.
Im Sinne des Refinements von Tierversuchen sollen alle Bedingungen während der Zucht, der Haltung und des Transports von zu Versuchszwecken gehaltenen Tieren und alle Methoden während des Versuchs so verbessert werden, dass die verwendeten Tiere ein minimales Maß an potentiellem Distress, Schmerzen oder Leiden erfahren. Zudem soll ihr Wohlbefinden durch die Möglichkeit des Auslebens speziesspezifischer Verhaltensweisen und die Anwendung tierschonender Verfahren maximal gefördert werden. Zur Etablierung von Grundsätzen des Refinements sind grundlegende Kenntnisse über die physiologischen Bedürfnisse und Verhaltensansprüche der jeweiligen Spezies unabdingbar. Die Experimentatoren sollten das Normalverhalten der Tiere kennen, um potentielle Verhaltensabweichungen, wie Stereotypien, zu verstehen und interpretieren zu können. Standardisierte Haltungsbedingungen von zu Versuchszwecken gehaltenen Mäusen weichen in diversen Aspekten von der natürlichen Umgebung ab und erfordern eine gewisse Adaptation. Ist ein Tier über einen längeren Zeitraum unfähig, sich an die gegebenen Umstände anzupassen, können abnormale Verhaltensweisen, wie Stereotypien auftreten. Stereotypien werden definiert als Abweichungen vom Normalverhalten, die repetitiv und ohne Abweichungen im Ablauf ausgeführt werden, scheinbar keiner Funktion dienen und der konkreten Umweltsituation nicht immer entsprechen.
Bisher war unklar, in welchem Ausmaß stereotypes Verhalten den metabolischen Phänotyp eines Individuums beeinflusst. Ziel dieser Arbeit war es daher, das stereotype Verhalten der FVB/NJ-Maus erstmals detailliert zu charakterisieren, systematisch zusammenzutragen, welche metabolischen Konsequenzen dieses Verhalten bedingt und wie sich diese auf das Wohlbefinden der Tiere und die Verwendung stereotyper Tiere in Studien mit tierexperimentellem Schwerpunkt auswirken.
Der Versuch begann mit der Charakterisierung der mütterlichen Fürsorge in der Parentalgeneration. Insgesamt wurden 35 Jungtiere der F1-Generation vom Absatz an, über einen Zeitraum von 11 Wochen einzeln gehalten, kontinuierlich beobachtet, bis zum Versuchsende wöchentlich Kotproben gesammelt und das Körpergewicht bestimmt. Zusätzlich erfolgten begleitende Untersuchungen wie Verhaltenstests und die Erfassung der physischen Aktivität und metabolischer Parameter. Anschließend wurden u.a. die zerebralen Serotonin- und Dopamingehalte, fäkale Glucocorticoidlevels, hepatisches Glykogen und muskuläre Glykogen- und Triglyceridlevels bestimmt.
Nahezu unabhängig von der mütterlichen Herkunft entwickelte sich bei mehr als der Hälfte der 35 Jungtiere in der F1-Generation stereotypes Verhalten. Diese Daten deuten darauf hin, dass es keine Anzeichen für das Erlernen oder eine direkte genetische Transmission stereotypen Verhaltens bei der FVB/NJ-Maus gibt. Über den gesamten Beobachtungszeitraum zeichneten sich die stereotypen FVB/NJ-Mäuse durch ein eingeschränktes Verhaltensrepertoire aus. Zu Gunsten der erhöhten Aktivität und des Ausübens stereotypen Verhaltens lebten sie insgesamt weniger andere Verhaltensweisen (Klettern, Graben, Nagen) aus. Darüber hinaus waren Stereotypien sowohl im 24-Stunden Open Field Test als auch in der Messeinrichtung der indirekten Tierkalorimetrie mit einer erhöhten Aktivität und Motilität assoziiert, während die circadiane Rhythmik nicht divergierte. Diese erhöhte körperliche Betätigung spiegelte sich in den niedrigeren Körpergewichtsentwicklungen der stereotypen Tiere wieder. Außerdem unterschieden sich die Körperfett- und Körpermuskelanteile.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das Ausüben stereotypen Verhaltens zu Differenzen im metabolischen Phänotyp nicht-stereotyper und stereotyper FVB/NJ-Mäuse führt. Im Sinne der „Guten Wissenschaftlichen Praxis“ sollte das zentrale Ziel jedes Wissenschaftlers sein, aussagekräftige und reproduzierbare Daten hervorzubringen. Jedoch können keine validen Resultate von Tieren erzeugt werden, die in Aspekten variieren, die für den vorgesehenen Zweck der Studie nicht berücksichtigt wurden. Deshalb sollten nicht-stereotype und stereotype Individuen nicht innerhalb einer Versuchsgruppe randomisiert werden. Stereotype Tiere demzufolge von geplanten Studien auszuschließen, würde allerdings dem Gebot des zweiten R’s – der Reduction – widersprechen. Um Refinement zu garantieren, sollte der Fokus auf der maximal erreichbaren Prävention stereotypen Verhaltens liegen. Diverse Studien haben bereits gezeigt, dass die Anreicherung der Haltungsumwelt (environmental enrichment) zu einer Senkung der Prävalenz von Stereotypien bei Mäusen führt, dennoch kommen sie weiterhin vor. Daher sollte environmental enrichment zukünftig weniger ein „Kann“, sondern ein „Muss“ sein – oder vielmehr: der Goldstandard. Zudem würde eine profunde phänotypische Charakterisierung dazu beitragen, Mausstämme zu erkennen, die zu Stereotypien neigen und den für den spezifischen Zweck am besten geeigneten Mausstamm zu identifizieren, bevor ein Experiment geplant wird.
Adipositas wird mit einer Vielzahl schwerwiegender Folgeerkrankungen in Verbindung gebracht. Eine Gewichtsreduktion führt zu einer Verbesserung der metabolischen Folgen der Adipositas. Es ist bekannt, dass die Mehrzahl der adipösen Personen in den Monaten nach der Gewichtsreduktion einen Großteil des abgenommenen Gewichts wieder zunimmt. Nichtsdestotrotz existiert eine hohe Variabilität hinsichtlich des Langzeiterfolges einer Gewichtsreduktion. Der erfolgreiche Erhalt des reduzierten Körpergewichts einiger Personen führt zu der Frage nach den Faktoren, die einen Gewichtserhalt beeinflussen, mit dem Ziel einen Ansatzpunkt für mögliche Therapiestrategien zu identifizieren.
In der vorliegenden Arbeit wurde im Rahmen einer kontrollierten, randomisierten Studie mit 143 übergewichtigen Probanden untersucht, ob nach einer dreimonatigen Gewichtsreduktion eine zwölfmonatige gewichtsstabilisierende Lebensstilintervention einen Einfluss auf die Veränderungen der neuroendokrinen Regelkreisläufe und damit auf den langfristigen Gewichtserhalt über einen Zeitraum von achtzehn Monaten hat.
Hierbei wurde im Vergleich der beiden Behandlungsgruppen primär festgestellt, dass die multimodale Lebensstilintervention zu einer Gewichtstabilisierung über die Dauer dieser zwölfmonatigen Behandlungsphase führte. In der Kontrollgruppe kam es zu einer moderaten Gewichtszunahme . Dadurch war nach Beendigung der Interventionsphase der BMI der Teilnehmer in der Kontrollgruppe höher als der in der Interventionsgruppe (34,1±6,0 kg*m-2 vs. 32,4±5,7 kg*m-2; p<0,01).
Während der Nachbeobachtungszeit war die Interventionsgruppe durch eine signifikant stärkere Gewichtswiederzunahme im Vergleich zur Kontrollgruppe gekennzeichnet, so dass der BMI zwischen beiden Behandlungsgruppen bereits sechs Monate nach der Intervention keinen Unterschied mehr aufwies.
Bezüglich der hormonellen Veränderung durch die Gewichtsreduktion wurde, wie erwartet, eine Auslenkung des endokrinen Systems beobachtet. Jedoch konnte kein Unterschied der untersuchten Hormone im Vergleich der beiden Behandlungsgruppen ausfindig gemacht werden.
Im Verlauf der Gewichtsabnahme und der anschließenden Studienphasen zeigten sich tendenziell drei verschiedene Verlaufsmuster in den hormonellen Veränderungen. Nach einer zusätzlichen Adjustierung auf den jeweiligen BMI des Untersuchungszeitpunktes konnte für die TSH-Spiegel (p<0,05), die Schilddrüsenhormone (p<0,001) und für die IGF 1-Spiegel (p<0,001) eine über die Studienzeit anhaltende Veränderung festgestellt werden.
Abschließend wurde behandlungsgruppenunabhängig untersucht, ob die Hormonspiegel nach Gewichtsreduktion oder ob die relative hormonelle Veränderung während der Gewichtsreduktion prädiktiv für den Erfolg der Gewichterhaltungsphase ist. Hier fand sich für die Mehrzahl der hormonellen Parameter kein Effekt auf die Langzeitentwicklung der Gewichtszunahme. Jedoch konnte gezeigt werden, dass eine geringere Abnahme der 24h Urin-Metanephrin-Ausscheidung während der Gewichtsabnahmephase mit einem besseren Erfolg bezüglich des Gewichtserhalts über die achtzehnmonatige Studienzeit assoziiert war (standardisiertes Beta= -0,365; r2=0,133 p<0,01). Die anderen hormonellen Achsen zeigten keinen nachweislichen Effekt.
Novel nanogels that possess the capacity to change their physico-chemical properties in response to external stimuli are promising drug-delivery candidates for the treatment of severe skin diseases. As thermoresponsive nanogels (tNGs) are capable of enhancing penetration through biological barriers such as the stratum corneum and are taken up by keratinocytes of human skin, potential adverse consequences of their exposure must be elucidated. In this study, tNGs were synthesized from dendritic polyglycerol (dPG) and two thermoresponsive polymers. tNG_dPG_tPG are the combination of dPG with poly(glycidyl methyl ether-co-ethyl glycidyl ether) (p(GME-co-EGE)) and tNG_dPG_pNIPAM the one with poly(N-isopropylacrylamide) (pNIPAM). Both thermoresponsive nanogels are able to incorporate high amounts of dexamethasone and tacrolimus, drugs used in the treatment of severe skin diseases. Cellular uptake, intracellular localization and the toxicological properties of the tNGs were comprehensively characterized in primary normal human keratinocytes (NHK) and in spontaneously transformed aneuploid immortal keratinocyte cell line from adult human skin (HaCaT). Laser scanning confocal microscopy revealed fluorescently labeled tNGs entered into the cells and localized predominantly within lysosomal compartments. MTT assay, comet assay and carboxy-H2DCFDA assay, demonstrated neither cytotoxic or genotoxic effects, nor any induction of reactive oxygen species of the tNGs in keratinocytes. In addition, both tNGs were devoid of eye irritation potential as shown by bovine corneal opacity and permeability (BCOP) test and red blood cell (RBC) hemolysis assay. Therefore, our study provides evidence that tNGs are locally well tolerated and underlines their potential for cutaneous drug delivery.
Background: Obesity is thought to be the consequence of an unhealthy nutrition and a lack of physical activity. Although the resulting metabolic alterations such as impaired glucose homeostasis and insulin sensitivity can usually be improved by physical activity, some obese patients fail to enhance skeletal muscle metabolic health with exercise training. Since this might be largely heritable, maternal nutrition during pregnancy and lactation is hypothesized to impair offspring skeletal muscle physiology.
Objectives: This PhD thesis aims to investigate the consequences of maternal high-fat diet (mHFD) consumption on offspring skeletal muscle physiology and exercise performance. We could show that maternal high-fat diet during gestation and lactation decreases the offspring’s training efficiency and endurance performance by influencing the epigenetic profile of their skeletal muscle and altering the adaptation to an acute exercise bout, which in long-term, increases offspring obesity susceptibility.
Experimental setup: To investigate this issue in detail, we conducted several studies with a similar maternal feeding regime. Dams (C57BL/6J) were either fed a low-fat diet (LFD; 10 energy% from fat) or high-fat diet (HFD; 40 energy% from fat) during pregnancy and lactation. After weaning, male offspring of both maternal groups were switched to a LFD, on which they remained until sacrifice in week 6, 15 or 25. In one study, LFD feeding was followed by HFD provision from week 15 until week 25 to elucidate the effects on offspring obesity susceptibility. In week 7, all mice were randomly allocated to a sedentary group (without running wheel) or an exercised group (with running wheel for voluntary exercise training). Additionally, treadmill endurance tests were conducted to investigate training performance and efficiency. In order to uncover regulatory mechanisms, each study was combined with a specific analytical setup, such as whole genome microarray analysis, gene and protein expression analysis, DNA methylation analyses, and enzyme activity assays.
Results: mHFD offspring displayed a reduced training efficiency and endurance capacity. This was not due to an altered skeletal muscle phenotype with changes in fiber size, number, and type. DNA methylation measurements in 6 week old offspring showed a hypomethylation of the Nr4a1 gene in mHFD offspring leading to an increased gene expression. Since Nr4a1 plays an important role in the regulation of skeletal muscle energy metabolism and early exercise adaptation, this could affect offspring training efficiency and exercise performance in later life.
Investigation of the acute response to exercise showed that mHFD offspring displayed a reduced gene expression of vascularization markers (Hif1a, Vegfb, etc) pointing towards a reduced angiogenesis which could possibly contribute to their reduced endurance capacity. Furthermore, an impaired glucose utilization of skeletal muscle during the acute exercise bout by an impaired skeletal muscle glucose handling was evidenced by higher blood glucose levels, lower GLUT4 translocation and diminished Lactate dehydrogenase activity in mHFD offspring immediately after the endurance test. These points towards a disturbed use of glucose as a substrate during endurance exercise. Prolonged HFD feeding during adulthood increases offspring fat mass gain in mHFD offspring compared to offspring from low-fat fed mothers and also reduces their insulin sensitivity pointing towards a higher obesity and diabetes susceptibility despite exercise training. Consequently, mHFD reduces offspring responsiveness to the beneficial effects of voluntary exercise training.
Conclusion: The results of this PhD thesis demonstrate that mHFD consumption impairs the offspring’s training efficiency and endurance capacity, and reduced the beneficial effects of exercise on the development of diet-induced obesity and insulin resistance in the offspring.
This might be due to changes in skeletal muscle epigenetic profile and/or an impaired skeletal muscle angiogenesis and glucose utilization during an acute exercise bout, which could contribute to a disturbed adaptive response to exercise training.