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The impact of ATGL deficiency on DHA biosynthesis

Teresa Lindinger

Art der Arbeit

Diplomarbeit

Universität

Universität Wien

Fakultät

Zentrum für Molekulare Biologie

Betreuer*in

Johannes Nimpf

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DOI

10.25365/thesis.11174

URN

urn:nbn:at:at-ubw:1-29868.60557.312066-0

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Abstracts

Abstract

(Deutsch)

Die Fettgewebstriglyzeridlipase (adipose (tissue) triglyceride lipase; ATGL) ist das primäre Enzym für die Katalyse des ersten und geschwindigkeitsbestimmenden Schrittes der stimulierten Lipolyse im weißen Fettgewebe. Dieser 3-stufige Prozess ist notwendig, um freie Fettsäuren aus den zytosolischen Triglyzeridspeichern, den Lipidtröpfchen, freizu-setzen. Die Fettsäuren werden in verschiedene Teile des Körpers transportiert, vor allem zum Muskelgewebe und zur Leber. Sie sind die wichtigsten, da energiereichsten Substrate für die Produktion von ATP, werden aber auch als sekundäre Botenstoffe, als Regulatoren der Genexpression und als Komponenten von biologischen Membranen benötigt. Mäuse, denen eine funktionelle ATGL fehlt, zeigen einen schwerwiegenden Phänotyp, der mit massiver Triglyzeridakkumulation im gesamten Körper und zahlreichen damit verbundenen Stoffwechselstörungen einhergeht. Die ersten Mäuse sterben infolge einer Herzschwäche im Alter von 12 Wochen. Im menschlichen Gen für ATGL wurden mehrere autosomal rezessive Mutationen beschrieben, die eine mit Myopathie assoziierte Neutrallipidspeicherkrankheit (NLSDM) verursachen, welche sich durch einen ähnlichen Phänotyp wie in ATGL-knockout-Mäusen beschrieben auszeichnet. Die Analyse des Lipidprofils in Atgl-/--Mäusen ergab einen verminderten Anteil an DHA (C22:6n-3)-enthaltenden Phospolipiden und Triglyzeriden im Herzmuskel, wohingegen Lipide, die C18:0/C18:1/C18:2 enthalten, erhöht waren. Die Docosahexaensäure (doco-sahexaenoic acid/DHA) ist eine mehrfach ungesättigte ω3-Fettsäure, die hauptsächlich im Gehirn und der Netzhaut angereichert ist, für deren Entwicklung sie unabdingbar ist. DHA und ihre Stoffwechselprodukte haben vielerlei entzündungshemmende Wirkmechanismen. DHA muss entweder mit der Nahrung zugeführt werden oder wird aus ihrem Vorläufer, der α-Linolensäure (C18:3n-3), synthetisiert. Die α-Linolensäure ist eine essentielle Fettsäure, die hauptsächlich in pflanzlichen Ölen angereichert ist. Die Leber ist das Hauptorgan für die Synthese von DHA, auch das Hirn kann kleinere Mengen produzieren, während im Herzen nur ein verschwindend geringer Anteil synthetisiert wird. Das Ziel dieser Arbeit war, die fehlende Verbindung zwischen mangelnder ATGL und verringerten Mengen an DHA-enthaltenden Lipiden herauszufinden. Mittels real-time PCR konnte die ATGL als Regulator der DHA (oder PUFA)-Synthese ermittelt werden. In der Mausleber wurde die Expression von ausgewählten Enzymen des DHA-Syntheseweges durch Fasten induziert, während dieser Effekt nicht auftrat, wenn die ATGL fehlte. Die Expression im Herz war unabhängig vom Fütterungszustand, denn die relativen mRNA-Mengen waren sowohl in gefütterten als auch gefasteten ATGL-knockout-Mäusen reduziert. Von den (meisten der) untersuchten Enzyme konnte mittels real-time PCR und Northern blot gezeigt werden, dass sie sowohl in der Leber auch als im Herz PPARα-Zielgene sind. Das Fehlen der ATGL könnte also die PPARα-vermittelte Genexpression verhindert haben. Wahrscheinlich stellt die ATGL die Liganden für die Aktivierung von PPARα während des Fastens bereit. Dieser Mechanismus wird in der Leber über die Nahrung reguliert, aber nicht im Herz – falls die Expressionsänderung im Herz von (gefütterten) ATGL-knockout-Mäusen überhaupt mit PPARα in Verbindung steht. Die HPLC-MS/MS zeigte, dass der Anteil an DHA im Herzmuskel von Atgl-/--Mäusen nach Aktivierung von PPARα durch den synthetischen Agonisten WY14,643 nicht wieder gestiegen ist. Daher ist die Regulation von PPARα-induzierter Genexpression in jedem Fall nicht die einzige Funktion der ATGL in diesem Stoffwechselweg. Am wahrscheinlichsten ist, dass die ATGL dazu benötigt wird, den Vorläufer für die DHA-Synthese aus Triglyzeriden und Phospholipiden freizusetzen; das muss aber erst bestätigt werden.

Abstract

(Englisch)

The adipose triglyceride lipase (ATGL) is the main enzyme to catalyze the first and rate-limiting step in stimulated lipolysis in white adipose tissue. This 3-step-process is required to release free fatty acids from cytosolic triglyceride stores, called lipid droplets. The fatty acids are transported to various parts of the body, mainly muscles and liver. Given their high energy density, fatty acids are the most important substrates for ATP production but they are also needed as second messengers, regulators of gene expression and components of biological membranes. Mice deficient for a functional ATGL display a severe phenotype of massive TG accumu-lation throughout the body which causes multiple metabolic disorders. The first mice die from cardiac insufficiency at the age of 12 weeks. In the human ATGL gene several au-tosomal recessive mutations have been described that cause neutral lipid storage disease with myopathy (NLSDM) which is characterized by a similar phenotype as in Atgl-/- mice. Lipid profiling analysis in Atgl-/- mice revealed a reduction in C22:6n-3 (DHA)-containing phospholipids and triglycerides in the cardiac muscle whereas C18:0/C18:1/C18:2-containing lipids were increased. Docosahexaenoic acid (DHA) is a ω3-polyunsaturated fatty acid (PUFA) which is concentrated mainly in brain and retina and is needed for neural and retinal development. DHA itself and its derivatives (docosatrienes, resolvins) have many anti-inflammatory functions. DHA either has to be taken up with the diet or is synthesized from its precursor α-linolenic acid (C18:3n-3) which is an essential fatty acid that is enriched in vegetable oils. The liver is the main organ for DHA biosynthesis; the brain can also synthesize minor amounts whereas the quantities produced in the heart are marginal. The aim of this study was to find the missing link between ATGL deficiency and reduced levels of DHA-containing lipids. By real-time PCR measurements, ATGL was identified as regulator of DHA (or PUFA) synthesis. In the liver of mice, the expression of selected enzymes involved in DHA-biosynthesis was induced by fasting but failed to be upregulated when ATGL was missing. Expression in the heart was independent of the nutritional status as relative expression levels were downregulated in both, fed and fasted mice, when ATGL was missing. Real-time PCR as well as Northern blotting analysis showed that (most of the) selected enzymes are PPARα target genes, in liver as well as in the heart. Thus, ATGL deficiency could have inhibited PPARα-activated gene expression in ATGL-knockout mice. Most probably, ATGL provides ligands for PPARα-activation. This mechanism seems to be regulated by the diet in the liver but not in the heart - provided that changed expression levels in the heart of (fed) Atgl-/- mice are linked at all to PPARα. HPLC-MS/MS revealed that DHA levels were not increased in cardiac muscle of Atgl-/- mice by induction of PPARα-activity upon administration of the synthetic PPARα agonist WY14,643. Therefore, the regulation of PPARα-induced gene expression of DHA-synthesizing enzymes is definitely not the only function of ATGL in this pathway. Most likely, ATGL is further needed to release the precursor for DHA-biosynthesis from triglycerides and/or phospholipids but this remains to be verified.

Autor*innen

Teresa Lindinger

Haupttitel (Englisch)

The impact of ATGL deficiency on DHA biosynthesis

Paralleltitel (Deutsch)

Auswirkungen fehlender ATGL auf die Biosynthese von DHA

Publikationsjahr

2010

Umfangsangabe

107 S. : Ill., graph. Darst.

Sprache

Englisch

Beurteiler*in

Johannes Nimpf

Klassifikationen

35 Chemie > 35.70 Biochemie: Allgemeines ,

42 Biologie > 42.13 Molekularbiologie

AC Nummer

AC08401946

Utheses ID

10081

Studienkennzahl

UA | 490 | | |

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Schlagwörter