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DNA damage and genomic stability in diabetic and non-diabetic individuals and the impact of a dietary intervention
Elisabeth Müllner
Art der Arbeit
Dissertation
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Lebenswissenschaften
Betreuer*in
Karl-Heinz Wagner
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Alle Rechte vorbehalten / All rights reserved
DOI
10.25365/thesis.27936
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-30269.77655.105169-9
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Abstracts

Abstract
(Deutsch)
Die Zahl der an Diabetes erkrankten Menschen hat ein alarmierendes Ausmaß erreicht und ist weiter im Steigen begriffen. Faktoren wie Wachstum und Alterung der Bevölkerung aber auch ungesunde Ernährung und mangelnde körperliche Aktivität werden für diese Entwicklung verantwortlich gemacht. Typ 2 Diabetes (T2DM) ist eine multifaktorielle Erkrankung, charakterisiert durch erhöhte Blutglukose-Konzentrationen, welche durch Insulinresistenz und Insulinmangel bedingt sind. Diabetes geht mit einem erhöhten Risiko für mikro- und makrovaskuläre Komplikationen einher. Im Rahmen epidemiologischer Studien wird auch ein erhöhtes Krebsrisiko bei T2DM Patienten im Vergleich zu Gesunden diskutiert. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war es zu untersuchen, ob Diabetes mit einem erhöhtem Ausmaß an oxidativen DNA Schäden bzw. chromosomalen Schäden assoziiert ist, und ob eine Ernährungsintervention, reich an Gemüse und mehrfach ungesättigten Fettsäuren (PUFA) als Ersatz für gesättigte Fettsäuren (SFA), diese Parameter verbessern kann. Sechsundsiebzig Diabetiker sowie 21 Nicht-Diabetiker nahmen an der Studie teil und wurden randomisiert der „Interventions-“ oder „Informationsgruppe“ zugeteilt. Allen Probanden wurde die Bedeutung und der gesundheitliche Nutzen einer gesunden Ernährung näher gebracht, wobei Probanden, welche der Interventionsgruppe zugeteilt worden waren, zusätzlich 300 g Gemüse und 25 ml Walnussöl täglich für 8 Wochen erhielten. Blutabnahmen fanden zu Beginn der Studie, sowie nach 4, 8 (Ende der Intervention) und 16 Wochen statt. Zur Compliance-Überprüfung wurden Vitamine und Antioxidantien (Vitamine A, E, K, B12, Folsäure und Carotinoide) im Plasma oder in Erythrozyten sowie das Fettsäuremuster gemessen. Oxidative DNA Schäden und oxidierte Purine (FPG (formamidopyrimidine DNA glycosylase) sensitive sites) in Einkernzellen wurde mittels Comet Assay, chromosomale Schäden in Lymphozyten und Mundschleimhautzellen mittels Micronucleus Cytome Assay erfasst. 8-oxo-7,8-dihydro-2’-deoxyguanosine (8-oxodG, widerspiegelt DNA Oxidation) und 8-oxo-7,8-dihydroguanosine (8-oxoGuo, widerspiegelt RNA Oxidation) wurden im Urin mittels UPLC-MS/MS gemessen. Weiters wurde der nüchtern Blutzuckerspiegel und glycosyliertes Hämoglobin (HbA1c) gemessen. Diabetiker wiesen ein signifikant höheres Ausmaß an chromosomalen Schäden in Mundschleimhautzellen im Vergleich zu Nicht-Diabetikern auf. Zudem hatten Probanden im höchsten Tertil von Bauchumfang, Blutzucker, HbA1c, des Risikos für kardiovaskuläre Erkrankungen (berechnet mittels Framingham general cardiovasuclar risk score) eine signifikant höhere Anzahl an Mikrokernen in Mundschleimhautzellen im Vergleich zu Probanden im niedrigsten Tertil. Die Konzentration an FPG-sensitive sites und 8-oxoGuo im Harn war signifikant höher bei Diabetikern im Vergleich zu Nicht-Diabetikern. Die beiden Gruppen wiesen ein ähnliches Ausmaß an oxidativen DNA Schäden im Harn, oxidativen DNA Strangbrüchen und chromosomalen Schäden in Lymphozyten auf. Allerdings hatten Diabetiker mit einem hohen Anteil an Mikrokernen in Lymphozyten (über der 50. Perzentile) signifikant höhere nüchtern Blutzucker-, HbA1c-Konzentrationen und ein höheres Risiko für kardiovaskuläre Erkrankungen im Vergleich zu Diabetikern mit einer Anzahl an Mikrokernen unter der 50. Perzentile. Nicht-Diabetiker mit einer Lymphozyten-Mikrokern-Rate über der 50. Perzentile hatten signifikant niedrigere Vitamin B12-Spiegel als Nicht-Diabetiker unter der 50. Perzentile. Die Intervention mit Gemüse und PUFA-reichem Pflanzenöl führte zu einem signifikanten Anstieg an Antioxidantien, Vitaminen (Vitamine E, K, Folsäure, Carotinoide) und essentiellen Fettsäuren, die im Pflanzenöl vorherrschend waren (Linol- und Linolensäure). Lediglich Vitamin B12 sank signifikant nach 8-wöchiger Intervention. Die Intervention führte bei Typ 2 Diabetikern zu einer signifikanten Reduktion von HbA1c und der Zahl an DNA-Strangbrüchen. Auch in der Informationsgruppe sank der HbA1c-Wert signifikant, das Ausmaß an DNA-Strangbrüchen änderte sich allerdings nicht. Die Intervention zeigte keinen Einfluss auf chromosomale Schäden in Lymphozyten, lediglich die Apoptoserate stieg leicht, aber signifikant an. In den Mundschleimhautzellen sank die Zahl an Zweikernzellen, sowie das Auftreten von Karryorrhexis und kondensiertem Chromatin in der Informations- als auch in der Interventionsgruppe. Die Zahl an pyknotischen Zellen sank nur in der Interventionsgruppe, weshalb die Veränderung binnen 8 Wochen signifikant unterschiedlich zwischen den beiden Gruppen war. Levels an 8-oxodG und 8-oxoGuo im Harn blieben unverändert während der Studie. Im Rahmen dieser Studie zeigte sich, dass eine 8-wöchige Ernährungsintervention das Ausmaß an oxidativen DNA Strangbrüchen bei Diabetikern reduziert, während chromosomale Schäden unbeeinflusst bleiben. Interaktionen zwischen glykämischer Kontrolle, CVD-Risiko und chromo-somalen Schäden wurden beobachtet.
Abstract
(Englisch)
The number of people suffering from diabetes has reached an alarming level and is predicted to increase even further. This trend is due to population growth, ageing, unhealthy diet and lack of physical activity. Type 2 diabetes (T2DM) is a multifactorial disease characterized by high blood glucose levels resulting from insulin resistance and impaired insulin secretion. It is well recognized that T2DM is associated with increased risk for micro- and macrovascular complications. Furthermore, recent epidemiological studies suggest increased cancer risk in patients with T2DM compared with healthy individuals. The present study aimed to assess whether T2DM is associated with increased oxidative damage to DNA and genomic instability and whether a healthy diet, including 300 g of vegetables and 25 ml polyunsaturated fatty acid (PUFA)-rich walnut oil as replacement for saturated fatty acids (SFA), can improve oxidative damage to DNA and genome damage rate in diabetic and non-diabetic individuals. Seventy-six diabetic and 21 non-diabetic individuals participated in this study and were randomly assigned to either an “intervention” or an “information only” group. All participants received information about the benefits of a healthy diet, while subjects of the intervention group additionally received 300 g of vegetables and 25 ml PUFA-rich plant oil per day for 8 weeks. Blood samples were taken at baseline, as well as after 4, 8 (end of intervention), and 16 weeks. To assess dietary compliance plasma or red cell concentrations of vitamins, antioxidants (vitamins A, E, K, B12, folic acid and carotenoids) and fatty acids were measured. Oxidative damage to DNA and oxidised purines (sites sensitive to formamidopyrimidine DNA glycosylase (FPG)) in mononuclear cells were measured by comet assay, chromosomal damage in lymphocytes and buccal cells by micronucleus (MN) cytome assay. Urinary excretion of 8-oxo-7,8-dihydro-2’-deoxy-guanosine (8-oxodG, reflects global DNA oxidation) and 8-oxo-7,8-dihydroguanosine (8-oxoGuo, reflects global RNA oxidation) were measured by ultraperformance liquid chromatography and tandem mass spectrometry. Furthermore, levels of fasting plasma glucose and glycosylated haemoglobin (HbA1c) were assessed. The comparison of chromosomal damage in buccal cells between diabetic and non-diabetic individuals at baseline revealed significantly higher MN levels in diabetic individuals. Subjects in the highest tertile of waist circumference, fasting plasma glucose, HbA1c and cardiovascular disease (CVD) risk (assessed by the Framingham general cardiovascular risk score) had significantly higher buccal cell MN frequency compared to participants in the lowest tertile. Furthermore, levels of FPG-sensitive sites and 8-oxoGuo in urine were significantly higher in diabetic individuals compared to non-diabetic participants. In contrast levels or urinary 8-oxodG, oxidative DNA strand breaks and chromosomal damage in lymphocytes did not differ between diabetic and non-diabetic individuals. However, diabetic individuals with lymphocyte MN frequencies above the 50th percentile had significantly higher levels of fasting plasma glucose, HbA1c and were at higher risk for CVD compared with diabetic individuals in the low 50th percentile. Non-diabetic individuals with MN frequencies above the 50th percentile had significantly lower vitamin B12 levels compared to their healthy counterparts. The intervention with vegetables and PUFA-rich plant oil led to a significant increase in plasma antioxidant and vitamin concentrations (vitamins E, K, folic acid and carotenoids) and essential fatty acids (linoleic- and linolenic acid) that are predominant in the intervention oil. Diabetic individuals of the intervention group showed a significant reduction in HbA1c and DNA strand breaks. Levels of HbA1c were also improved in diabetic patients of the information group, but oxidative damage to DNA was not altered. Levels of chromosomal damage in lymphocytes were not changed, only apoptosis was slightly increased. In buccal cells, the number of binucleated cells, karyorrhexis and condensed chromatin was significantly reduced, in both, the intervention and information group. The number of pycnotic cells was only reduced in participants of the intervention group, and therefore changes were significantly different between the two treatment groups. Urinary 8-oxodG and 8-oxoGuo excretion remained unchanged in both groups. This study provides evidence that a healthy diet reduces levels of DNA strand breaks in diabetic individuals while MN frequency, as a marker of chromosomal damage, is not altered. Interactions between glycemic control, CVD-risk and genomic damage can be suggested.

Schlagwörter

Schlagwörter
(Englisch)
Diabetes oxidative DNA damage chromosomal damage cancer nutrition
Schlagwörter
(Deutsch)
Diabetes oxidative DNA Schäden chromosomale Schäden Krebs Ernährung
Autor*innen
Elisabeth Müllner
Haupttitel (Englisch)
DNA damage and genomic stability in diabetic and non-diabetic individuals and the impact of a dietary intervention
Paralleltitel (Deutsch)
DNA Schäden und chromosomale Stabilität bei Diabetikern und Nicht-Diabetikern und der Einfluss einer Ernährungsintervention
Publikationsjahr
2013
Umfangsangabe
Getr. Zählung : Ill., graf. Darst.
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Karl-Heinz Wagner
Klassifikation
44 Medizin > 44.21 Ernährung
AC Nummer
AC10858382
Utheses ID
24962
Studienkennzahl
UA | 091 | 474 | |
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