Abstract
The prevalence of type 2 diabetes and insulin resistance has risen dramatically over the last decades. Excess energy intake resulting in obesity and dysregulation of white adipose tissue (WAT) are important factors contributing to the development of these metabolic diseases. The objective of this thesis was to investigate the role of adipocyte-expressed Fas (CD95) in the development of obesity-induced insulin resistance. In addition, insulin sensitivity of large and small adipocytes of obese white adipose tissue was investigated and compared. Activation of the Fas signalling pathway in cultured 3T3-L1 adipocytes leads to increased secretion of pro-inflammatory cytokines like IL-6 and KC (murine analogue of IL-8). Moreover, Fas activation in 3T3-L1 adipocytes has negative effects on insulin sensitivity as shown by reduced insulin-stimulated glucose uptake. In vivo, Fas expression is increased in isolated adipocytes of insulin resistant mice and in adipose tissue of obese and diabetic patients. Adipocyte-specific Fas-knockout (AFasKO) mice were partly protected from HFD-induced deterioration of glucose homeostasis, and their levels of pro-inflammatory factors in WAT were reduced. Moreover, AFasKO mice did not develop hepatic steatosis and maintained hepatic insulin sensitivity. Thus, Fas activation in adipocytes contributes to adipose tissue inflammation, hepatic steatosis and insulin resistance induced by obesity. Hypertrophic adipocytes, a consequence of obesity, are known to secrete higher amounts of pro-inflammatory factors compared to small adipocytes. Thus, we hypothesized that large adipocytes may be more insulin resistant. Interestingly, we found that insulin sensitivity did not differ between small and large adipocytes isolated from the epididymal fat pad of obese mice. However, large adipocytes secreted higher amounts of free fatty acids (FFA) compared to small adipocytes under basal conditions. In conclusion, “dysregulated” adipocytes in obese white adipose tissue contribute to the development of local and/or systemic insulin resistance. Large, lipid loaded adipocytes secrete higher amount of FFA, which might negatively affect insulin sensitivity. Moreover, the Fas (CD95) pathway is up-regulated in obesity and seems to contribute to local and systemic insulin resistance via changes in the secretion pattern of cytokines.
ZUSAMMENFASSUNG
Die Prävalenzen von Typ 2 Diabetes und Insulin Resistenz haben in den letzten Jahren massiv zugenommen. Übergewicht, verursacht durch einen Überschuss an Energiezufuhr, sowie eine Disregulierung des weissen Fettgewebes sind wichtige Faktoren, die zu diesen metabolischen Krankheiten beitragen. Das Ziel dieser Arbeit war es, den Einfluss einer Fas-Rezeptor (CD95)-Aktivierung in Fettzellen bei der Entstehung der übergewichts-bedingten Insulinresistenz zu untersuchen. Zusätzlich wurde die Insulinsensitivität von kleinen und grossen Fettzellen, welche aus dem gleichen Fettgewebe übergewichtiger Mäuse isoliert wurden, analysiert und verglichen. Die Aktivierung des Fas-Signalweges in kultivierten Fettzellen (in vitro) führt zu einer vermehrten Sekretion von Entzündungsfaktoren wie IL-6 und KC (murines IL-8) aus diesen Zellen. Zudem vermindert die Aktivierung des Fas-Rezeptors die Insulinsensitivität von 3T3-L1 Adipozyten. In vivo ist die Expression des Fas-Rezeptors in Fettzellen insulinresistenter Mäuse sowie im Fettgewebe übergewichtiger und diabetischer Patienten erhöht. Mäuse, bei denen der Fas-Rezeptor spezifisch in Fettzellen ausgeschaltet wurde (AFasKO), sind teilweise vor einer Verschlechterung des Zuckerstoffwechsels (Glukosetoleranz), welche durch eine fettreiche Ernährung induziert wurde, geschützt. Zudem exprimiert das Fettgewebe dieser Mäuse weniger Entzündungsfaktoren. AFasKO Mäuse entwickeln, im Gegensatz zu Wildtyp-Mäusen, keine Fettleber bei fettreicher Ernährung. Auch die Insulinsensitivität der Leber bleibt erhalten. Folglich trägt die Aktivierung des Fas-Rezeptors in Fettzellen zur Übergewichts-induzierten Entzündung des Fettgewebes, zur Entstehung der Fettleber sowie der Insulinresistenz bei. Hypertrophe Fettzellen, welche sich vermehrt im Fettgewebe von Übergewichtigen finden, sezernieren mehr Entzündungsfaktoren als kleine Fettzellen. Wir stellten die Hypothese auf, dass hypertrophe Fettzellen vermehrt insulinresistent sind. Überraschenderweise fanden wir, dass die Insulinsensitivität zwischen kleinen und grossen Fettzellen, welche aus dem gleichem Fettgewebe übergewichtiger Mäuse isoliert wurden, gleich ist. Grosse Fettzellen sezernieren aber mehr freie Fettsäuren und tragen möglicherweise so zu einer vermehrten Ganzkörper-Insulinresistenz bei. Zusammfassend lässt sich sagen, dass eine Disregulation des Fettzellstoffwechsels, wie sie im Rahmen einer Adipositas auftreten kann, eine wichtige Rolle in der Entstehung der lokalen und systemischen Insulinresistenz spielt. Grosse, lipidreiche Fettzellen sezernieren vermehrt freie Fettsäuren. Fettsäuren können die Insulinsensitivität sowohl lokal, im Fettgewebe, wie auch systemisch vermindern. Des Weiteren können Fettzellen ihr Sekretionsmuster aufgrund vermehrter Fas-Rezeptor-Aktivierung verändern. Eine vermehrte Freisetzung von Entzündungsfaktoren kann sowohl lokal wie auch systemisch (hepatisch) eine Insulinresistenz induzieren.
Wüest, Stephan