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Impact of caloric restriction on the gastrointestinal tract and the role of taurine and bile acids
András Gregor
Art der Arbeit
Dissertation
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Lebenswissenschaften
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Doktoratsstudium NAWI aus d. Bereich Lebenswissenschaften (DissG: Ernährungswissenschaften)
Betreuer*in
Jürgen König
Mitbetreuer*in
Kalina Duszka
DOI
10.25365/thesis.72425
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-20699.47144.143070-2
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Kalorienrestriktion (CR) senkt das Auftreten zahlreicher Krankheiten, fördert die Langlebigkeit und ist eines der wichtigsten Mittel zur Gewichtsreduktion. Ziel des Projekts war es, mögliche Mechanismen zu untersuchen, die für die positiven Auswirkungen von CR im Magen-Darm-Trakt verantwortlich sind. Dazu wurde die Rolle von Taurin, Gallensäuren und der Darmmikrobiota erforscht. CR Mäuse wurden über Nacht gefastet, mit Antibiotika behandelt und Fäkaltransplantation wurde durchgeführt. Für die Unterbringung der CR Mäuse wurden Holz-, Zellulose- und Maiskolbeneinstreu verwendet. Der Hunger, der Verbrauch von Einstreu und die Kotproduktion wurden erfasst. Metaboliten, Fettsäuren, Gallensäuren, GSH, Taurin und Taurin-Konjugate wurden mittels LC-MS analysiert. Der Zäkuminhalt wurde sequenziert. Die antioxidative Kapazität wurde mittels ESR gemessen. Im Zusammenhang mit dem Glutathionsystem wurden die Genexpression, die Proteinkonzentrationen und Aktivität gemessen. Die Expression von Genen, die für die Synthese und den Transport von Taurin und Gallensäuren verantwortlich sind, wurde analysiert. Die Taurin-Transportkapazität wurde mit Ex-vivo-Darmsäcken bewertet. Die CR führte bei Mäusen zu einem erhöhten Konsum von Käfigeinstreu, was sich auf mehrere physiologische Parameter sowie auf die Mikrobiota und das Metabolom des Blinddarms auswirkte. CR steigerte die Produktion von Taurin und Gallensäuren in der Leber, den Export von Gallensäure aus der Leber in den Gastrointestinaltrakt und die Dekonjugation von Taurin-konjugierten Gallensäuren. Zusätzlich förderte es die Bildung verschiedener Taurinkonjugate sowie deren Rückresorption in den Blutkreislauf. Neben CR förderte auch Glutathion (GSH) die intestinalen Taurinabsorption. Die Verringerung der Darmmikrobiota durch den Einsatz von Antibiotika verringerte die CR-gesteuerte Konjugation von GSH und Taurin und veränderte die Zusammensetzung des Gallensäuren-Pools und die Gallensäuren-Synthese. Der Transport und die Taurinproduktion veränderten sich jedoch nicht. Die Wiedereinführung der Mikrobiota von CR-Mäusen in antibiotisch behandelte Mäuse durch fäkale Transplantation erhöhte die Konjugationskapazität der GSH-Transferasen und das Auftreten von GSH-Taurin und anderen Taurin-Konjugaten. Unsere Ergebnisse zeigen, dass sich die Ballaststoffaufnahme von Mäusen durch CR, aufgrund von erhöhtem Konsum des Käfigeinstreus erhöhte. Daher sollten künftige CR-Nagetierversuche Informationen über den verwendeten Einstreu liefern und die Auswirkungen der erhöhten Ballaststoffaufnahme berücksichtigen. Darüber hinaus wurde eine neue Verbindung zwischen Taurin, Gallensäuren, GSH und der Mikrobiota hergestellt, die die gesundheitsfördernden Eigenschaften von CR erklären könnte.
Abstract
(Englisch)
Caloric restriction (CR) lowers the incidence of multiple diseases, promotes longevity, and is one of the primary intervention tools applied for weight loss. The presented project aimed to investigate potential mechanisms required for the beneficial effects of CR in the gastrointestinal tract and the involvement of taurine, bile acids, and the gut microbiota in response to CR. Mice were submitted to CR, over-night fasting, antibiotics treatment, and fecal transplant. For housing CR mice, wood, cellulose, and corncob beddings were used. Hunger level, bedding consumption, and feces production were evaluated. Metabolites, fatty acids, bile acids, GSH, taurine, and taurine conjugates were analysed using LC-MS. Cecum was sequenced to assess bacterial abundance. Antioxidative capacity was measured in the intestine epithelium using ESR. In connection with the glutathione system, gene expression, protein concentrations, and activity were measured. The expression of genes responsible for taurine and bile acid synthesis and transport were analysed. Taurine transport capacity was assessed by ex vivo intestinal sacs assay. CR applied to mice resulted in increased consumption of cage bedding which affected multiple physiological parameters as well as cecum microbiota and metabolome. CR increased taurine and bile acid (BA) production in the liver, export of BAs from the liver into the gastrointestinal tract, and deconjugation of taurine-conjugated BAs. Subsequently, it promoted the creation of various taurine conjugates as well as their reabsorption into the bloodstream. Glutathione (GSH), next to CR, was identified as a promoter of intestinal taurine absorption. Depleting gut microbiota by applying antibiotics reduced the CR-driven conjugation of GSH and taurine, modified the composition of the BA pool; however, BA synthesis, transport, and taurine production remained unchanged. Reintroducing microbiota from CR mice to antibiotic-treated mice by fecal transplantation increased the conjugative capacity of GSH transferases and the occurrence of GSH-taurine and other taurine conjugates. Our results show that CR significantly increases the consumption of cage bedding-derived fibre by mice. Therefore, future CR experiments involving rodents should provide information on the bedding used and should consider the effects of increased fibre consumption. Furthermore, a novel connection has been established between taurine, BAs, GSH, and the microbiota, which could be an important mediator of CR-related health benefits.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Kalorienrestriktion Ballaststoffe GSH Taurin Gallensäure Darm
Schlagwörter
(Englisch)
Caloric restriction fibre GSH taurine bile acid intestine
Autor*innen
András Gregor
Haupttitel (Englisch)
Impact of caloric restriction on the gastrointestinal tract and the role of taurine and bile acids
Paralleltitel (Deutsch)
Auswirkungen einer Kalorienrestriktion auf den Magen-Darm-Trakt und die Rolle von Taurin und Gallensäuren
Publikationsjahr
2022
Umfangsangabe
1 Online-Ressource (verschiedene Seitenzählungen) : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*innen
Andreas Prokesch ,
Małgorzata Drywień
Klassifikation
30 Naturwissenschaften allgemein > 30.00 Naturwissenschaften allgemein: Allgemeines
AC Nummer
AC16647323
Utheses ID
64424
Studienkennzahl
UA | 796 | 610 | 474 |