Detailansicht
Effects of fasting and ketogenic diets on murine brain gene expression
Melanie Krammer
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Lebenswissenschaften
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Ernährungswissenschaften
Betreuer*in
Jürgen König
DOI
10.25365/thesis.79203
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-29755.72441.869594-1
Link zu u:search
(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Diese Masterarbeit untersuchte die Auswirkungen verschiedener diätetischer Interventionen auf die Genexpression im Hypothalamus männlicher C57BL/6NRj-Mäuse mit einem Schwerpunkt auf Lipidstoffwechsel, mitochondrialer Dynamik und zellulärer Stressantwort im Hypothalamus. Die Tiere erhielten entweder Standardfutter (SD), eine auf langkettige Fettsäuren basierende ketogene Diät (LCT), eine auf kombinierte lang- und mittelkettige Fettsäuren basierende ketogene Diät (LCT/MCT), intermittierendes Fasten (IF) oder Kalorienrestriktion (CR). Die Genexpressionsanalysen wurden mittels RT-qPCR durchgeführt. Entgegen unserer ursprünglichen Hypothese führten ketogene Diäten (KDs) nicht zu einer signifikanten Veränderung der Expression der Gene im Hypothalamus, die am Lipidstoffwechsel beteiligt sind. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass die transkriptionelle Regulation von lipidverarbeitenden Genen als Reaktion auf KDs vorwiegend in peripheren Stoffwechselgeweben, wie der Leber, stattfinden könnte. Im Gegensatz dazu führten energiereduzierte Diäten (IF und CR) zu einer signifikanten Abnahme der Expression von Genen, die mit mitochondrialer Fusion und Biogenese assoziiert sind (Mfn1, Opa1 und Ppargc1a). Dies könnte auf eine hypothalamische Anpassung an den Energiemangel hinweisen, bei der mitochondriale Aktivität und potenzieller oxidativer Stress reduziert werden. Insgesamt sprechen die Ergebnisse für spezifische transkriptionelle Anpassungen im Hypothalamus als Reaktion auf metabolische Interventionen, vor allem im Kontext des Fastens. Weitere Studien sind notwendig, um diese ersten Hinweise zu bestätigen und genauere Aussagen über die Rolle der hypothalamischen Genexpression in Reaktion auf LCT- und LCT/MCT-KDs sowie energieeinschränkende Interventionen, wie IF und CR zu ermöglichen. Der zweite Teil der Arbeit zielte darauf ab, zu untersuchen, ob dieselben diätetischen Interventionen antioxidative Abwehrmechanismen im Kortex der Mäuse modulieren, mit besonderem Fokus auf den NRF2-Signalweg und dessen Zielgene. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass bestimmte Gene wie Sod1 und Gpx1 sowohl bei der LCT/MCT- als auch bei der IF-Diät eine erhöhte Expression aufwiesen, während Nqo1 hauptsächlich in Reaktion auf IF hochreguliert wurde. Diese differenzielle Genregulation könnte auf eine selektive oder kontextabhängige Aktivierung NRF2-assoziierter Zielgene auf transkriptioneller Ebene hinweisen. Die beobachteten Veränderungen könnten eine adaptive Antwort auf milden metabolischen Stress widerspiegeln, möglicherweise vermittelt durch mitohormetische Mechanismen. Die gleichzeitige Hochregulation der Regulatoren Ppargc1a und Sirt1 in bestimmten Interventionsgruppen könnte zusätzlich auf mitochondriale Anpassungen zur Unterstützung der Redox-Homöostase hindeuten. Es ist jedoch zu beachten, dass mRNA-Level nicht zwangsläufig Rückschlüsse auf enzymatische Aktivität zulassen. Entsprechend bleiben die funktionellen Implikationen dieser transkriptionellen Veränderungen spekulativ. Zusammenfassend lieferten die Ergebnisse erste Hinweise darauf, dass diätetische Interventionen wie IF und MCT-Supplementierung die Expression von Genen der antioxidativen Abwehr im Kortex der Mäuse modulieren könnten. Zur Bewertung der physiologischen Relevanz dieser Veränderungen sind weiterführende Studien erforderlich.
Abstract
(Englisch)
This masterproject investigated the effects of various dietary interventions on hypothalamic gene expression in male C57BL/6NRj mice, with a focus on lipid metabolism, mitochondrial dynamics, and cellular stress responses. Animals were classified to either standard diet (SD), a long-chain triglyceride based ketogenic diet (LCT), a combined long- and medium-chain triglyceride based ketogenic diet (LCT/MCT), intermittent fasting (IF) or caloric restriction (CR). Gene expression analyses from hypothalamus tissue was run via RT-qPCR. Contrary to our initial hypothesis, ketogenic diets (KDs) did not significantly alter the expression of genes involved in lipid metabolism in the mouse hypothalamus. These findings suggest that transcriptional regulation of lipid processing genes in response to KDs may predominantly occur in peripheral metabolic tissues such as the liver. In contrast, fasting-related dietary conditions (IF and CR) induced significant downregulation of genes associated with mitochondrial fusion and biogenesis (Mfn1, Opa1, and Ppargc1a). This suggests a hypothalamic adaptation to energy scarcity by limiting mitochondrial activity and potential oxidative stress. Overall, our results point to specific transcriptional adaptations in the mouse hypothalamus in response to metabolic interventions, particularly under fasting conditions. Further studies are required to confirm these preliminary findings and to enable more precise conclusions about the role of hypothalamic gene expression in response to LCT- and LCT/MCT-KD as well as IF and CR. The second part of the thesis aimed to investigate whether the same dietary interventions modulate antioxidant defense mechanisms in the mouse cortex, with a particular focus on the NRF2 signaling pathway and its downstream targets. The results suggest that certain genes, such as Sod1 and Gpx1, exhibited increased expression in both the LCT/MCT and IF groups, whereas Nqo1 was upregulated primarily in response to IF. This differential gene regulation may indicate a context-dependent transcriptional activation of NRF2-associated targets. These findings could reflect an adaptive response to mild metabolic stress, potentially mediated by mitohormetic mechanisms. The concurrent upregulation of the indirect regulators Ppargc1a and Sirt1 in specific intervention groups may further suggest a role for mitochondrial adaptations in supporting redox homeostasis. However, it is important to note that mRNA levels alone do not necessarily translate into changes in protein abundance or enzymatic activity. As such, the functional implications of these transcriptional patterns remain speculative. Taken together, the results provide preliminary indications that dietary interventions such as IF and MCT supplementation may modulate antioxidant gene expression in the mice cortex. To evaluate the physiological relevance of these changes, further studies will be required.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Ketogene Diät Fasten Mausmodell Hypothalamus Cortex Nrf2 Mittelkettige Fettsäuren Langkettige Fettsäuren Fettstoffwechsel
Schlagwörter
(Englisch)
ketogenic diet fasting murine model hypothalamus cortex Nrf2 Medium chain triglycerides Long chain triglycerides lipidmetabolism
Autor*innen
Melanie Krammer
Haupttitel (Englisch)
Effects of fasting and ketogenic diets on murine brain gene expression
Publikationsjahr
2025
Umfangsangabe
65 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Jürgen König
Klassifikation
30 Naturwissenschaften allgemein > 30.30 Naturwissenschaften in Beziehung zu anderen Fachgebieten
AC Nummer
AC17635940
Utheses ID
77505
Studienkennzahl
UA | 066 | 838 | |