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Thesis

Einfluss von Resveratrol auf die Molekularen Prozesse im Skelettmuskelgewebe der Maus

MPS-Authors
http://pubman.mpdl.mpg.de/cone/persons/resource/persons85549

Becker,  Stefanie
Nutrigenomics and Gene Regulation (Sascha Sauer), Independent Junior Research Groups (OWL), Max Planck Institute for Molecular Genetics, Max Planck Society;

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Citation

Becker, S. (submitted). Einfluss von Resveratrol auf die Molekularen Prozesse im Skelettmuskelgewebe der Maus.


Cite as: http://hdl.handle.net/11858/00-001M-0000-000E-F867-9
Abstract
Resveratrol, einem natürlicherweise in Pflanzen vorkommenden Phytoalexin, konnten in einer Vielzahl bisheriger Untersuchungen gesundheitsfördernde Effekte zugeschrieben werden. Der Wirkstoff ist im Tiermodell in der Lage schützend auf Herz und Kreislauf zu wirken [9-11, 13-15], aber auch chemopräventive [22, 24, 32, 34, 242], neuroprotektive [16, 26, 27, 243] und anti-inflammatorische [244-246] Eigenschaften zu entfalten. Zudem verlängert er die Lebensspanne in einer Reihe von Modellorganismen [56-58, 62-64] und kann den negativen Konsequenzen einer hochkalorischen Ernährungsweise entgegnen [66, 110]. Die Wirkung von Resveratrol ähnelt zum Teil der einer Kalorienrestriktion [65, 67] und es wurden bereits molekulare Regulatoren identifiziert, die daran beteiligt zu sein scheinen. Im Skelettmuskel sorgen sowohl Resveratrol als auch die Kalorienrestriktion über die Regulation von Sirt1 und Pgc1α dafür, dass vermehrt ein oxidativer Stoffwechsel in den Zellen betrieben wird [110, 126, 128]. Das führt zu einem gesteigerten Verbrauch von Fettsäuren als Energielieferant und könnte den beobachteten Effekt der weniger ausgeprägten Gewichtszunahme von Versuchstieren unter einer fettreichen Ernährungsweise und damit auch die positiven Effekte auf daraus resultierende Erkrankungen erklären [110]. In dieser Arbeit sollten nun Analysen auf mRNA-, Protein- wie auch auf Metabolitebene weitere Erkenntnisse über die Modulation des Energiestoffwechsels in C2C12-Zellen und im Skelettmuskelgewebe von Mäusen unter Resveratroleinwirkung geben. Zudem wurden Untersuchungen angestellt, die einen Hinweis auf eine mögliche Wirkungsvermittlung des Stoffes über antioxidative Schutzmechanismen liefern. ChIP-Analysen des Sirt1 Zielproteins H1K26Ac gaben einen Einblick in die durch Resveratrol regulierte Sirt1-Deacetylaseaktivität am Chromatin. Die Ergebnisse der Zellkulturstudien dieser Arbeit ergaben eine verstärkte Pdk4-Expression, die in einer erhöhten Phosphorylierung und damit einer negativen Regulation von PdhE1α, einer Untereinheit des Pdcs, resultierte. Dabei stieg der Gesamtproteingehalt der Pyruvatdehydrogenase, was sich allerdings wiederum positiv auf deren Aktivität auswirkt. Die Aufnahme von Pyruvat sowie dessen Oxidation zu Lactat war in den Zellen für 50 und 100 μM des Wirkstoffs verstärkt. Inwieweit die Pyruvatumsetzung zu Acetyl-CoA von diesen Prozessen betroffen ist, lässt sich jedoch nicht eindeutig beurteilen. Das NAD+/NADH-Verhältnis stieg nach acht Stunden Inkubationszeit von 50 μM Resveratrol auf das Dreifache der Kontrollzellen an, woraus eine positive Regulation von NAD+-abhängigen Enzymen wie Sirt1 resultiert. Resvertrol beeinflusst besonders stark die Energieträger ATP und ADP. Beide liegen vermindert bei Einwirkung höherer Dosen an Resveratrol in den Zellen vor. Dazu trägt das die ATP-Synthese von der Atmungskette entkoppelnde Protein Ucp3 bei. Im Vergleich zu Kontrollzellen wird dieses doppelt so stark bei Behandlung mit 50 μM Resveratrol exprimiert. Resveratrol reguliert in C2C12-Zellen offenbar wichtige metabolische Enzyme, die sich wiederum auf den zellulären Metabolitgehalt auswirken. Die Regulation der ATP-Synthese scheint bei der Wirkungsvermittlung von besonderer Bedeutung zu sein. Eine Reaktion der Zellen auf Metabolitebene findet schon nach sehr kurzer Inkubationszeit statt, allerdings bedarf es zumindest für die Regulation der Pyruvat-, Lactat- und NAD-Konzentration einer relativ hohen Konzentration des Wirkstoffes von mindestens 50 μM. Da die in vitro gewonnenen Ergebnisse nicht ohne weiteres Rückschlüsse auf den Gesamtorganismus zulassen, wurden diese im Skelettmuskelgewebe von Mäusen validiert. Analysen von Tieren einer Standarddiät oder einer fettreichen Diät sollten die Effekte auf beiderlei Umstände verdeutlichen. Pdk4 wurde, anders als in den Zellen, von Resveratrol nicht reguliert. Allerdings ergibt sich dennoch ein Effekt auf den PdhE1α-Phosphorylierungsstatus. Für beide Diäten zeigte sich eine verminderte Phosphorylierung und damit eine verstärkte Aktivität des Pdcs. Signifikant war dieser Unterschied jedoch nur für Mäuse der fettreichen Ernährung. In diesen nahm unter Resveratroleinwirkung auch der PdhE1α-Proteingehalt ab, was der erhöhten Aktivität wiederum entgegenwirkt. Das bestätigt der Pyruvat-Gehalt der Zellen, denn dieser wurde durch Resveratrol nicht beeinflusst. In den Tieren der Kontrolldiät nahm die Pyruvat- wie auch die Lactat-Menge hingegen ab, was auf einen verstärkten Umsatz von Pyruvat zu Acetyl-CoA und damit auf eine vermehrte Nutzung von Glucose als Energielieferant schließen lässt. Die NAD-Konzentration wurde durch Resveratrol nicht signifikant verändert. Und auch auf den Ucp3-Gehalt hatte der Wirkstoff in vivo keinen Einfluss. Die Untersuchungen der an der zellulären Antwort auf oxidativen Stress beteiligten Enzyme wiesen auf keine Regulation durch Resveratrol hin, die an der Wirkungsvermitlung beteiligt sein könnte. Die in vitro beobachtete verstärkte Acetylierung von H1K26 konnte in ChIP-Analysen des Gewebes nicht bestätigt werden. Lediglich eine Tendenz zu einem erhöhten Acetylierungsstatus bei Mäusen, denen Resveratrol mit einer Standarddiät verabreicht wurde, wurde festgestellt. Der Wirkstoff zeigte somit insgesamt in dieser Arbeit nur einen sehr geringen Effekt auf Mäuse beider Diäten. Die in vitro erzielten Ergebnisse konnten demnach im Skelettmuskelgewebe der Mäuse nicht reproduziert werden. Unter anderem könnten dafür Unterschiede im Stoffwechsel der Zellen in Kultur und im Organismus verantwortlich sein oder aber die eingesetzte Resveratroldosis genügt nicht, um eine ausreichend hohe Verfügbarkeit des Stoffes an den Zellen zu gewährleisten. Zukünftige Studien mit einer höheren Wirkstoffmenge oder der Gewährleistung einer verbesserten Bioverfügbarkeit durch Flavonoide wie Quercetin [221, 224, 225] könnten die Ergebnisse der Zellkultur durchaus bestätigen.