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Influence of Dietary Fat Content on Vascular Reactivity and Expression Profiles: Novel Role of Vascular Cyp2E1


Damjanović, Marlen. Influence of Dietary Fat Content on Vascular Reactivity and Expression Profiles: Novel Role of Vascular Cyp2E1. 2011, University of Zurich, Faculty of Medicine.

Abstract

Die Prävalenz für Fettleibigkeit ist weltweit gestiegen. Neueste Studien zeigen, dass sogar nach einer Gewichtsreduktion ein erhöhtes Risiko zur Entstehung kardiovaskulärer Erkrankungen besteht. Die Hauptursache für die Entstehung von Fettleibigkeit ist eine fettreiche Ernährung, welche zu einer Gewichtszunahme, Glukoseintoleranz und vaskulären Dysfunktion führen kann. Das Ziel der vorliegenden Dissertation war es, Gene zu identifizieren, deren Expression sich aufgrund einer Diät hohen Fettgehalts ändert und diese Änderung bestehen bleibt nachdem der Fettgehalt der Diät reduziert wurde. In dieser Arbeit wurde ein etabliertes Mausmodell für Diätinduzierte Fettleibigkeit verwendet: Vier Wochen alte, männliche Mäuse des Stammes C57BL/6J wurden entweder für 30 Wochen mit einer Kontrolldiät gefüttert oder mit einer Diät hohen Fettgehalts oder die Mäuse wurden zunächst für 15 Wochen mit der Diät hohen Fettgehalts und abschliessend für 15 Wochen mit der Kontrolldiät gefüttert. Die Verfütterung der Diät hohen Fettgehalts führte nach 30 Wochen zu einer Gewichtszunahme und zu einer verminderten Glukosetoleranz. Es wurden unterschiedliche Auswirkungen auf die durch Phenylephrin-, 5-Hydroxytryptamin und Acetlycholin-induzierte Vasokontraktion in der Thorakalaorta der Mäuse, die mit der Diät hohen Fettgehalts gefüttert wurden als auch in den Mäusen, die beide Diäten erhielten, festgestellt. Eine DNA Exon Microarray Analyse, die mit Aortengewebe (n=3 Replikate pro Gruppe) der drei Mausgruppen durchgeführt wurde, identifizierte nur wenige Gene mit relativ geringen Expressionsunterschieden (< 2.5 fach). Auf Genebene wurden 37 Gene und 46 auf Exonebene gefunden. Die meisten der identifizierten Gene sind an der Regulation der vaskulären Funktion beteiligt. Die Validierung der Gene carbonic anhydrase 3 (Car3, Car3) und cytochrome P450, family 2, subfamily E, polypeptide 1 (Cyp2E1, Cyp2E1) mittels quantitativer RT-PCR und Western Blot zeigte, dass die Gen- und Proteinexpression durch die Diät hohen Fettgehalts als auch die Verfütterung beider Diäten, herunterreguliert ist. Die Genexpression des Gens celldeath- inducing DFFA-like effector c (Cidec) ist durch die Diät hohen Fettgehalts als auch die Verfütterung beider Diäten herunterrguliert wohingegen die Proteinexpression hochreguliert ist. Für das Gen Dipeptidylpeptidase 10 (Dpp10) konnte nur gezeigt werden, dass die Genexpression durch die Diät hohen Fettgehalts als auch die Verfütterung beider Diäten, hochreguliert ist. Da Cyp2E1 die grössten und signifikantesten Expressionsunterschiede (2.2 fach, p<0.002) zeigte, wurde es ausführlicher charakterisiert. Auf der Ebene der mRNA Transkripte wurden neben dem vollständigen Transkript zwei neue Cyp2E1 Spleissformen in der Aorta der Kontrolltiere identifiziert. Die erste Spleissform enthält möglicherweise bis auf einen verkürzten 3`untranslatierten Bereich im Exon 9 die vollständige Cyp2E1 Nukleotidsequenz. Der zweiten Spleissform fehlen Exon 4-6. Auf der Proteinebene konnte das vollständige Cyp2E1 Protein nicht detektiert werden, aber stattdessen wurden zwei neue Proteinisoformen von Cyp2E1 mit einer Molekulargrösse von 39 und 45 kDa identifiziert. Zudem zeigte die Untersuchung der Gefässreaktivität der Thorakalaorta von Wildtyp und Cyp2E1-defizienten Mäusen, dass Cyp2E1 sowohl eine Rolle in der Regulation der 5-Hydroxytryptamin-induzierten Vasokontraktion als auch in der Vasorelaxation und Vasokontraktion durch Acetylcholin, spielt. Es scheint, dass reaktive Sauerstoffverbindungen und Stickstoffmonoxid zur Regulation beitragen. Zusammenfassend zeigen die Ergebnisse, dass die Verfütterung einer Diät hohen Fettgehalts zu einer Gewichtszunahme, einer Glukoseintoleranz und zu einer Veränderung der Gefässreaktivität führen kann. Zum Teil konnten Veränderungen der Gefässfunktion, die durch die Verabreichung einer Diät hohen Fettgehalts verursacht wurden, nicht durch eine Reduktion des Fettgehalts rückgängig gemacht werden. Zusätzlich legen die Ergebnisse den Schluss nahe, dass Cyp2E1 Spleissformen, die aufgrund der verschiedenen Diäten unterschiedlich exprimiert sind, an der Regulation der vaskulären Funktion beteiligt sein könnten. Zusammenfassend deuten die Resultate darauf hin, dass Cyp2E1 eine zentrale Rolle in der Entstehung von Gefässkrankheiten beim Menschen übernehmen könnte.

Abstract

Die Prävalenz für Fettleibigkeit ist weltweit gestiegen. Neueste Studien zeigen, dass sogar nach einer Gewichtsreduktion ein erhöhtes Risiko zur Entstehung kardiovaskulärer Erkrankungen besteht. Die Hauptursache für die Entstehung von Fettleibigkeit ist eine fettreiche Ernährung, welche zu einer Gewichtszunahme, Glukoseintoleranz und vaskulären Dysfunktion führen kann. Das Ziel der vorliegenden Dissertation war es, Gene zu identifizieren, deren Expression sich aufgrund einer Diät hohen Fettgehalts ändert und diese Änderung bestehen bleibt nachdem der Fettgehalt der Diät reduziert wurde. In dieser Arbeit wurde ein etabliertes Mausmodell für Diätinduzierte Fettleibigkeit verwendet: Vier Wochen alte, männliche Mäuse des Stammes C57BL/6J wurden entweder für 30 Wochen mit einer Kontrolldiät gefüttert oder mit einer Diät hohen Fettgehalts oder die Mäuse wurden zunächst für 15 Wochen mit der Diät hohen Fettgehalts und abschliessend für 15 Wochen mit der Kontrolldiät gefüttert. Die Verfütterung der Diät hohen Fettgehalts führte nach 30 Wochen zu einer Gewichtszunahme und zu einer verminderten Glukosetoleranz. Es wurden unterschiedliche Auswirkungen auf die durch Phenylephrin-, 5-Hydroxytryptamin und Acetlycholin-induzierte Vasokontraktion in der Thorakalaorta der Mäuse, die mit der Diät hohen Fettgehalts gefüttert wurden als auch in den Mäusen, die beide Diäten erhielten, festgestellt. Eine DNA Exon Microarray Analyse, die mit Aortengewebe (n=3 Replikate pro Gruppe) der drei Mausgruppen durchgeführt wurde, identifizierte nur wenige Gene mit relativ geringen Expressionsunterschieden (< 2.5 fach). Auf Genebene wurden 37 Gene und 46 auf Exonebene gefunden. Die meisten der identifizierten Gene sind an der Regulation der vaskulären Funktion beteiligt. Die Validierung der Gene carbonic anhydrase 3 (Car3, Car3) und cytochrome P450, family 2, subfamily E, polypeptide 1 (Cyp2E1, Cyp2E1) mittels quantitativer RT-PCR und Western Blot zeigte, dass die Gen- und Proteinexpression durch die Diät hohen Fettgehalts als auch die Verfütterung beider Diäten, herunterreguliert ist. Die Genexpression des Gens celldeath- inducing DFFA-like effector c (Cidec) ist durch die Diät hohen Fettgehalts als auch die Verfütterung beider Diäten herunterrguliert wohingegen die Proteinexpression hochreguliert ist. Für das Gen Dipeptidylpeptidase 10 (Dpp10) konnte nur gezeigt werden, dass die Genexpression durch die Diät hohen Fettgehalts als auch die Verfütterung beider Diäten, hochreguliert ist. Da Cyp2E1 die grössten und signifikantesten Expressionsunterschiede (2.2 fach, p<0.002) zeigte, wurde es ausführlicher charakterisiert. Auf der Ebene der mRNA Transkripte wurden neben dem vollständigen Transkript zwei neue Cyp2E1 Spleissformen in der Aorta der Kontrolltiere identifiziert. Die erste Spleissform enthält möglicherweise bis auf einen verkürzten 3`untranslatierten Bereich im Exon 9 die vollständige Cyp2E1 Nukleotidsequenz. Der zweiten Spleissform fehlen Exon 4-6. Auf der Proteinebene konnte das vollständige Cyp2E1 Protein nicht detektiert werden, aber stattdessen wurden zwei neue Proteinisoformen von Cyp2E1 mit einer Molekulargrösse von 39 und 45 kDa identifiziert. Zudem zeigte die Untersuchung der Gefässreaktivität der Thorakalaorta von Wildtyp und Cyp2E1-defizienten Mäusen, dass Cyp2E1 sowohl eine Rolle in der Regulation der 5-Hydroxytryptamin-induzierten Vasokontraktion als auch in der Vasorelaxation und Vasokontraktion durch Acetylcholin, spielt. Es scheint, dass reaktive Sauerstoffverbindungen und Stickstoffmonoxid zur Regulation beitragen. Zusammenfassend zeigen die Ergebnisse, dass die Verfütterung einer Diät hohen Fettgehalts zu einer Gewichtszunahme, einer Glukoseintoleranz und zu einer Veränderung der Gefässreaktivität führen kann. Zum Teil konnten Veränderungen der Gefässfunktion, die durch die Verabreichung einer Diät hohen Fettgehalts verursacht wurden, nicht durch eine Reduktion des Fettgehalts rückgängig gemacht werden. Zusätzlich legen die Ergebnisse den Schluss nahe, dass Cyp2E1 Spleissformen, die aufgrund der verschiedenen Diäten unterschiedlich exprimiert sind, an der Regulation der vaskulären Funktion beteiligt sein könnten. Zusammenfassend deuten die Resultate darauf hin, dass Cyp2E1 eine zentrale Rolle in der Entstehung von Gefässkrankheiten beim Menschen übernehmen könnte.

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Additional indexing

Item Type:Dissertation
Referees:Hajnal Alex, Barton M, Wolfrum C
Communities & Collections:04 Faculty of Medicine > University Hospital Zurich > Clinic and Policlinic for Internal Medicine
Dewey Decimal Classification:610 Medicine & health
Language:German
Date:2011
Deposited On:03 Dec 2012 13:56
Last Modified:05 Apr 2016 16:08
Number of Pages:149
Related URLs:http://opac.nebis.ch/F/?local_base=NEBIS&CON_LNG=GER&func=find-b&find_code=SYS&request=007277188

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