L’obésité et le diabète de type 2 (DT2) sont des pathologies métaboliques associées à des perturbations de l’homéostasie glucidique et énergétique. Les enterohormones sont des acteurs importants de la regulation des mécanismes perturbés lors de ces pathologies. Parmi ces enterohormones, le GLP-1, sécrété par les cellules entéroendocrines de type L suite à un repas, permet d’amplifier la sécrétion d’insuline par les cellules β-pancréatiques et de diminuer la prise alimentaire. L’objectif de ma thèse a été de caractériser le rôle du récepteur nucléaire HNF-4γ dans l’homéostasie énergétique et la fonction endocrine de l’intestin.A l’aide d’un modèle murin d’invalidation totale et constitutive du facteur de transcription HNF-4γ, notre équipe a mis en évidence que l’absence de HNF-4γ induit une amélioration de la tolérance au glucose grâce à une augmentation du nombre de cellules L et de la quantité plasmatique de GLP-1 en réponse au glucose. L’ensemble de ces données démontre pour la première fois un rôle de HNF-4γ dans l’homéostasie glucidique via une modulation du lignage enteroendocrine spécifique du GLP-1 et suggère que son absence pourrait protéger les souris de l’établissement d’un DT2.Par ailleurs, la perte d’expression de HNF-4γ confère une protection vis-à-vis de la prise de poids et de l’intolérance au glucose normalement induites par six semaines d’un régime riche en lipides et en fructose grâce une perte énergétique accrue dans les fécès essentiellement due à une malabsorption des acides gras.En conclusion, cette étude met en exergue le rôle du récepteur nucléaire intestinal HNF-4γ dans la fonction enteroendocrine et la susceptibilité à l’obésité et au DT2. / Obesity and type 2 diabetes (T2D) are metabolic pathologies associated with glucose and energy homeostasis perturbations. Enterohormones are important players in the regulation of the mechanisms disturbed during these pathologies. Among these enterohormones, GLP-1, secreted by enteroendocrine L cells in response to a meal, potentiates insulin secretion by pancreatic β cells and inhibits food intake. The aim of my thesis was to characterize the role of the nuclear receptor HNF-4γ in the energy homeostasis and the endocrine function of the intestine.By using a total and constitutive HNF-4γ knock-out mouse model, our team has highlighted that the loss of hnf-4γ induces an improved glucose tolerance. This effect is due to an increased GLP-1 cell number and GLP-1 plasma levels in response to glucose. All together these data demonstrate for the first time a role of HNF-4γ in glucose homeostasis through a modulation of the enteroendocrine lineage specific for GLP-1 and suggest that its absence could protect mice from the T2D establishment.The loss of HNF-4γ protects mice from body weight gain and glucose intolerance normally induced by six weeks of a high-fat/high-fructose diet demonstrating its involvement in obesity and T2D. HNF-4γ -/- mice are protected from obesity by a greater energy loss in faeces mainly due to lipid malabsorption. These results demonstrate that HNF-4γ is necessary for the intestinal fatty acids uptake.In conclusion, this study highlights the role of the intestinal nuclear receptor HNF-4γ in enteroendocrine function and susceptibility to obesity and T2D.

Le tractus gastro-intestinal, interface initiale pour la détection, la digestion et l'absorption des nutriments, joue un rôle critique dans la régulation de l'homéostasie énergétique. Les signaux qui proviennent du tractus gastro-intestinal sont nécessaires au contrôle de la fonction intestinale et de la régulation de la prise alimentaire. Les neurones afférents vagaux (NAV) sont une voie importante via laquelle les informations sur les nutriments ingérés atteignent le système nerveux central pour influencer ces deux fonctions. Les NAVs expriment les récepteurs pour la plupart des peptides régulateurs libérés par l'intestin impliqués dans la régulation de la prise alimentaire et du poids corporel. Cette thèse porte sur le rôle de deux peptides de l'intestin, la leptine et le glucagon-like peptide-1 (GLP-1), qui agissent au niveau des NAVs pour inhiber la prise alimentaire. Tout d'abord, nous expliquons le mécanisme d'action du GLP-1 sur les NAVs. La satiété induite par le GLP-1 nécessite un état post-prandial ; les données confirment que le statut nutritionnel régule la localisation du GLP-1R du cytoplasme vers la membrane des cellules neuronales. De plus, la ghréline et son récepteur GHSR1, exprimés par les NAVs, sont impliqués dans la régulation de la translocation du GLP-1R. Deuxièmement, ’utilisation de souris knockout pour le recepteur a la leptine sur les NAVs nous a permis de montrer l’importance de ce recepteur dans la physiopathologie de l’obésité et de l’hyperhagie. En effet, ces souris KO présentent un phénotype obésogène. L'obésité et ses conséquences sur la santé sont des problèmes majeurs de santé dans le monde entier. Les traitements efficaces de prévention ou de l'obésité sont limités. Nos résultats ont apporté des connaissances sur le mécanisme du GLP-1 et sur la signalisation de la leptine au niveau es NAVs. Comprendre la physiologie de la régulation de la prise alimentation est impératif dans le développement des traitements non-invasifs contre l’obésité. / As the initial interface for nutrient sensing, digestion and absorption, the gastrointestinal (GI) tract plays a critical role in the regulation of energy homeostasis. Information that arises from the GI tract is key to normal physiological responses controlling gut function and regulating food intake. Vagal afferent neurons (VAN) are a major pathway by which information about ingested nutrients reaches the central nervous system to influence GI function and food intake behavior. VAN express receptors for many of the regulatory peptides released from the gut that are involved in regulation of food intake and body weight. This dissertation addresses the role of two gut peptides, leptin and glucagon-like peptide-1, acting at the level of VAN, to inhibit food intake. First, the mechanism of action of glucagon-like peptide-1 (GLP-1) on VAN is addressed. GLP-1-induced satiation requires a postprandial state; the data support that feeding changes the localization of GLP-1Rs from the cytoplasm to the neuronal cell membrane. Further, ghrelin and its receptor GHSR1 expressed by VAN is involved in regulating GLP-1 receptor translocation. Second, the importance of leptin receptor expression by VAN in the development of hyperphagia and obesity was demonstrated by selective knockout of the leptin receptor (LepR) in VAN; mice express an obesogenic phenotype. Obesity and its resultant health consequences are a major worldwide health problem. Effective or preventative treatments for obesity are limited. Our findings have filled the gap in our knowledge of the mechanism of GLP-1 and leptin signaling on VAN. Understanding the physiology regulating feeding behavior is imperative in developing non-invasive anti-obesity treatments.

Indiana University-Purdue University Indianapolis (IUPUI) / Coronary artery disease (CAD) is a leading cause of death among Americans and is fueled by underlying metabolic syndrome (MetS). The prevalence and lethality of CAD necessitates rigorous investigations into its underlying mechanisms and to facilitate the development of effective treatment options. Coronary smooth muscle (CSM) phenotypic modulation from quiescent to synthetic, proliferative, and osteogenic phenotypes is a key area of investigation, with underlying mechanisms that remain poorly understood. Using a well-established pre-clinical model of CAD and MetS, the Ossabaw miniature swine, we established for the first time the time course of Ca2+ dysregulation during MetS-induced CAD progression. In particular, we used the fluorescent Ca2+ dye, fura-2, to examine alterations in CSM intracellular Ca2+ regulation during CAD progression, as perturbations in intracellular Ca2+ regulation are implicated in several cellular processes associated with CAD pathology, including CSM contractile responses and proliferative pathways. These studies revealed that the function of several CSM Ca2+ handling proteins is elevated in early CAD, followed by loss of function in severe atherosclerotic plaques. Decreased intracellular Ca2+ regulation occurred concurrently with reductions in CSM proliferation, measured with Ki-67 staining. In particular, alterations in sarcoplasmic reticulum (SR) Ca2+ store together with altered function of the sarco/endoplasmic reticulum Ca2+ ATPase (SERCA) were associated with induction of proliferation. Organ culture of coronary arterial segments revealed that culture-induced medial thickening was prevented by SERCA inhibition with cyclopiazonic acid (CPA). Activation of SERCA with the small molecule activator, CDN1163, increased CSM proliferation, which was attenuated by treatment with CPA, thus establishing upregulated SERCA function as a proximal inducer of CSM proliferation. Further, we demonstrated that in vitro treatment of CSM from lean Ossabaw swine with the glucagon-like peptide-1 (GLP-1) receptor agonist, exenatide, increased SERCA function. However, in vivo treatment of Ossabaw swine with MetS with the GLP-1 receptor agonist, AC3174, had no effect on CAD progression and in vitro examination revealed resistance of SERCA to GLP-1 receptor agonism in MetS. These findings further implicate SERCA in CAD progression. Collectively, these are the first data directly linking SERCA dysfunction to CSM proliferation and CAD progression, providing a key mechanistic step in CAD progression.

Overweight and obesity are enormous problems, causing both reduced life expectancy as well as socioeconomic consequences. In 2016, almost 40 % of the global population was classified as obese. Obesity is a major risk factor to numerous serious health issues, including high blood pressure, stroke, diabetes and it is connected to an increased risk of certain types of cancer.    Semaglutide is a glucagon-like peptide-1 receptor agonist (GLP-1RA) approved by the European Union in 2022 for treatment of obesity and some types of overweight. Semaglutide supports the regulation of blood sugar, hunger and satiety, similar to the hormone glucagon-like peptid-1 (GLP-1).   This review examined research related to expected length of treatment for weight loss with semaglutide. Specifically, it considered whether it is an option to end treatment with semaglutide once the patient reached the target weight and improved health, or if continuous treatment with semaglutide is necessary to prevent weight regain.    The studies reviewed were connected to the clinical trials “Semaglutide Treatment Effect in People with obesity” (STEP), that studied change of weight. The basic design of these trials combined once weekly injections of Semaglutide 2.4 mg or placebo with 150 minutes weekly exercise, 500 calories reduction in daily intake and ongoing supportive counselling. The trial objective, length and population varied, still all trials resulted in about 15 % mean weight loss with semaglutide treatment compared to 2-6 % with placebo treatment.    Investigation in changes in weight and cardiometabolic endpoints up to one year after discontinued 68 weeks of treatment, found that only -5% weight loss from base line remained, even with on-going lifestyle changes. Neither intensive behavioural therapy and 8 weeks of initial low-carb diet nor a prolonged 104 weeks study showed additional weight loss.    A questionnaire regarding the control of food cravings, hunger and satiety found that the semaglutide group had in average less cravings for savoury food and an increased control of general food craving than placebo.    It is not possible, based on examined trials of subcutaneous semaglutide 2.4 mg, to conclude that ending treatment will result in a permanent stable weight loss, even with continued lifestyle changes and supportive follow ups. Additional research, especially on long-term treatment with semaglutide 2.4 mg, is needed to investigate results as weight loss, other improved parameters and reported side effects. Still the reported side effects have not raised any alarm and parameters connected to some of the serious risk factors that are increased when obese or over-weight were indicated as improved compared to placebo.    Despite the need for more research, the absence of severe adverse effects, above positive indications related to reduced risk factors, and the fact that nearly 70 % of participants in average lost at least -10 % of their weight at base line, and closer to 35 % lost at least 20 %, all support a positive view of semaglutide 2.4 mg as a potential lifelong treatment option. / Fetma är ett globalt hälsoproblem, med flera allvarliga följdsjukdomar som kan leda till både förkortad förväntad livslängd och socioekonomiska konsekvenser. Semaglutid är en glukagonliknande peptid-1 receptoragonist (GLP-1RA) som godkändes för behandling av fetma och viss övervikt av Europeiska unionen år 2022. Precis som kroppsegen glukagonliknande peptid-1 (GLP-1) stödjer semaglutid glukoshomeostas genom att både stimulera insulinproduktionen och hämma glukagonutsöndring. Semaglutid bidrar även till minskade hungerkänslor och ökad mättnadskänsla. Denna litteraturstudie har undersökt forskningsresultat gällande förväntad behandlingstid vid behandling av övervikt och fetma med veckovis subkutan semaglutid 2,4 mg; en kortare kur med semaglutid som följs av fortsatta livsstilsförändringar för att bibehålla önskad vikt, eller livslång farmakologisk behandling. Utvalda studier har varit kopplade till de randomiserade, dubbelblinda kliniska studierna ”Semaglutide Treatment Effect in People with obesity” (STEP) som undersökte procentuell viktnedgång och där livsstilsförändring i form av 150 min rörelse per vecka, 500 kalorier minskat dagligt kaloriintag samt uppföljningssamtal kombinerades med behandling med veckovis subkutan 2,4 mg semaglutid.  Samtliga studier, som undersökte förändring av vikt, gav trots skillnader i studiernas längd och andra parametrar likvärdiga effektkurvor som planade ut runt 15 % jämfört med omkring 2-6 % genomsnittlig viktreduktion för placebo. Efter 20 veckor sågs 10,6 % genomsnittlig viktnedgång, efter 68 veckor cirka 15 % och 104 veckors behandling med semaglutid gav inte ytterligare procentuell viktnedgång. Inte heller intensiv beteendeterapi eller inledande lågkalorikost bidrog till ökad viktnedgång. Däremot visade en av studierna en statistiskt signifikant förbättrad upplevd kontroll av begär efter mat och begär efter salta livsmedel för den grupp som behandlades med semaglutid.  Vid avbruten behandling återgick vikten till ungefär – 5% av ursprungsvikten efter 48-52 veckor utan semaglutid, oavsett om livsstilsförändringar bibehölls eller ej. Utifrån undersökta studier av subkutan semaglutid 2,4 mg går det inte att dra slutsatsen att en kortare behandlingskur åtföljs av en bestående viktminskning, inte ens i de fall där semaglutid ersätts med fortsatt icke-farmakologisk behandling i form av ökad rörelse, minskat kaloriintag samt kontinuerliga stödsamtal.  Fler långtidsstudier kring effekt och biverkan behövs, men rapporterad biverkan är framför allt lindrig och övergående, kardiometabola parametrar indikerar en förbättring jämfört med placebo men försämring vid avbruten behandling. Detta och en bibehållen viktnedgång där det för nästan 70 % leder det till minst 10 % viktminskning och närmare 35 % får minst 20 % bestående viktminskning är en anledning till att se positivt till möjlig livslång behandling med subkutan semaglutid 2.4 mg.

Es ist bekannt, dass eine diabetische Stoffwechsellage über einen gesteigerten Proteinabbau zu einer Muskelatrophie führen kann. Ein zentrales System beim Abbau von Muskelproteinen ist hierbei das Ubiquitin-Proteasom-System mit seinen zwei spezifischen E3-Ligasen MuRF-1 und MAFbx. Ziel dieser Arbeit war es, den Einfluss einer Hyperglykämie auf die Expression von Proteinen des Ubiquitin-Proteasom-Systems im Skelett- und Herzmuskel zeit- und konzentrationsabhängig zu untersuchen. Insbesondere stand die Expression der E3-Ligasen MuRF-1 und MAFbx sowie die daraus folgende Auswirkung auf die Protein-Ubiquitinylierung im Fokus der Untersuchungen. Weiterhin sollte der Einfluss der Hyperglykämie auf die Apoptoserate von Skelett- und Herzmuskelzellen analysiert werden. Seit Kurzem stehen die GLP-1-Analoga als neue Antidiabetika für die Therapie des Diabetes mellitus Type II zur Verfügung. Da in Studien bereits positive Effekte der GLP-1-Analoga am Herzmuskel festgestellt wurden, sollte in der vorliegenden Studie geprüft werden, ob das GLP-1-Analogon Liraglutid die Veränderungen am Herzmuskel beeinflussen kann. Um die Fragestellungen zu klären, wurden verschiedene Untersuchungen in der Zellkultur durchgeführt. Skelettmuskel Myoblasten (undifferenzierte C2C12-Zellen), Skelettmuskel Myotuben (differenzierte C2C12-Zellen) und neonatale Rattenkardiomyozyten wurden unterschiedlichen Glukosekonzentrationen (5mM, 12mM, 25mM) für 24 oder 72 Stunden ausgesetzt. Die Herzmuskelzellen wurden zusätzlich in den Glukosekonzentrationen unter Zusatz von 12 mg/ml Liraglutid für 72h inkubiert. Die Expression der E3-Ligasen wurde mit qRT-PCR (MuRF-1 und MAFbx) und Western Blot (MuRF-1) quantifiziert. Die Poly-Ubiquitinylierung wurde mittels Western Blot bestimmt. Unter Verwendung des Cell Death Detection ELISA (Roche Diagnostics) wurde die Apoptoserate evaluiert. Die Inkubation von Skelett- und Herzmuskelzellen für 24 h mit hyperglykämischen Medium hatte kaum einen Einfluss auf die Expression von MuRF-1 und MAFbx sowie die Apoptoserate. Bei einer Inkubationszeit von 72 h konnten signifikante Erhöhungen bei 25mM Glukose für MuRF-1, MAFbx, der Poly-Ubiquitinylierung und der Apoptoserate in Skelett und Herzmuskelzellen festgestellt werden. Diese Anstiege konnten durch den Zusatz von Liraglutid beim Herzmuskel verhindert werden. Die Ergebnisse der vorliegenden Studie konnten zeigen, dass eine Hyperglykämie in der Zellkultur nach 72 h die Expression von zwei wichtigen Ubiquitin-E3-Ligasen sowie die Steigerung der Apoptoserate induzieren kann und dass dies durch Liraglutid am Herzmuskel verhindert werden kann. Diese Vorgänge können eventuell den Proteinverlust bzw. die Muskelatrophie beim Diabetes mellitus zum Teil erklären. Durch die positive Beeinflussung von Liraglutid an den Herzmuskelzellen könnte sich hier ein therapeutisches Potential zur Muskelatrophiebehandlung ergeben.

Obesity has grown to epidemic proportions, and in lack of efficient life-style and medical treatments, the bariatric surgeries are performed in rising numbers. The most common surgery is the Gastric Bypass (GBP) surgery, with the Biliopancreatic diversion with duodenal switch (DS) as an option for the most extreme cases with a BMI>50 kg/m2. In paper I 20 GBP-patients were examined during the first post-operative year regarding the natriuretic peptide, NT-ProBNP, which is secreted from the cardiac ventricles. Levels of NT-ProBNP quickly increased during the first post-surgery week, and later established itself on a higher level than pre-surgery. In paper II we report of 5 patient-cases after GBP-surgery with severe problems with postprandial hypoglycaemia that were successfully treated with GLP-1-analogs. The effect of treatment could be observed both symptomatically and in some cases using continuous glucose measuring systems (CGMS). In paper III three groups of subjects; 15 post-GBP patients, 15 post-DS, and 15 obese controls were examined for three days using CGMS during everyday life. The post-GBP group had high glucose variability as measured by MAGE and CONGA, whereas the post-DS group had low variability. Both post-operative groups exhibited significant time in hypoglycaemia, about 40 and 80 minutes per day <3.3mmol/l and 20 and 40 minutes < 2.8mmol/l, respectively, longer time for DS-group. Remarkably, only about 20% of these hypoglycaemic episodes were accompanied with symptoms. In Paper IV the hypoglycaemia counter regulatory system was investigated; 12 patients were examined before and after GBP-surgery with a stepped hypoglycaemic hyperinsulinemic clamp. The results show a downregulation of symptoms, counter regulatory hormones (glucagon, cortisol, epinephrine, norepinephrine, growth hormone), incretin hormones (GLP-1 and GIP), and sympathetic nervous response. In conclusion patients post bariatric surgery exhibit a downregulated counter regulatory response to hypoglycaemia, accompanied by frequent asymptomatic hypoglycaemic episodes in everyday life. Patients suffering from severe hypoglycaemic episodes can often be treated successfully with GLP-1-analogues.

The prevalence of childhood obesity and Type 2 Diabetes Mellitus (T2DM) has increased during recent decades. T2DM is accompanied with functional changes in the islets of Langerhans, which can be identified early in the pathogenesis. The aim of this thesis was to explore how metabolic changes caused by obesity early in life relate to islet function prior to overt T2DM. To address this, Uppsala Longitudinal Study of Childhood Obesity (ULSCO) was established (paper I). Initially, the association between palmitate and insulin secretion was investigated using a translational approach with obese and lean normoglycemic juveniles and isolated human islets (paper II). Secondly, dynamics of islet-hormones insulin and glucagon, and gut-hormones glucagon like-peptide 1 (GLP-1) and glicentin (paper III) and magnetic resonance imaging of pancreatic fat fraction (PFF) (paper IV) were studied in association to glucose tolerance and beta-cell function. Finally, a novel method of analysing shape features of oral glucose tolerance test (OGTT) curves was introduced and evaluated (paper V). Obese subjects had high prevalence of prediabetes and metabolic syndrome (MetS) (paper I). In obese pre-pubertal children with elevated palmitate levels, hyperinsulinemia was observed (paper II). In contrast, obese pubertal adolescents with similar palmitate levels showed moderate insulin levels during OGTT with delayed first phase insulin response. To explore mechanisms for these variations, isolated human islets were exposed to palmitate for different time periods in vitro. After 2 days accentuated insulin response was observed. Impaired beta-cell function and apoptosis were evident after 7 days, however. Hyperglucagonemia and disturbed GLP-1 and glicentin levels were associated with obesity and glycaemic status, with fasting glicentin being predictive of prediabetes (paper III). Furthermore, PFF was increased in obese subjects and associated to MetS and visceral adipose tissue, but not to beta-cell function (paper IV). OGTT curves were converted into geometric centres, centroids, which correlated with differences in glucose tolerance (paper V). In conclusion, the islet function in obese children was associated with elevated levels of palmitate, but not pancreatic fat. Fasting palmitate and glicentin levels, as well as centroid analyses of OGTT curves, could potentially identify obese children at risk of prediabetes and subsequent T2DM.

The aim of this research was the development of mass spectrometry-based methodologies for the high-throughput quantitation of peptides in biological matrices. Glucagon and GLP-1, which are of interest as biomarkers and in the development of therapeutics, were chosen as model peptides. Immunoassays that are traditionally used to quantify these often perform poorly; therefore, necessitating the development of alternative methodologies. Application of mass spectrometry-based methodologies to these analytes has, however, been limited, primarily due to sensitivity challenges, but also due to analytical challenges associated with their endogenous nature and instability in biological matrices. Chapter 2 describes the development and qualification of the first liquid-chromatography coupled tandem mass spectrometry (LC-MS/MS) method for the quantitation of endogenous glucagon from human plasma. A novel 2D extraction procedure was developed to ensure robustness and sensitivity, whilst a novel surrogate matrix quantitation strategy took into account the endogenous nature of the analyte. A lower limit of quantitation (LLOQ) of 25 pg/mL was qualified, which was a considerable improvement over that previously reported in the literature (250 pg/mL) for a LC-MS/MS method. Clinical samples were cross-validated against a conventional radioimmunoassay (RIA), and similar pharmacokinetic (PK) profiles resulted, demonstrating that the methods were complementary. In Chapter 2 glucagon instability in biological matrix was noted. To characterise this further, in Chapter 3 in vitro glucagon metabolites were identified using high-resolution mass spectrometry (HRMS). Metabolites observed by others (glucagon19-29, glucagon3 29 and [pGlu]3glucagon3 29) in alternative matrices were identified, alongside novel metabolites (glucagon20-29 and glucagon21-29). Cross-interference of these metabolites in immunoassays may help to explain their poor performance, whilst knowledge of metabolism may also aid the development of future stabilisation strategies. The method developed in Chapter 2 was refined in Chapter 4 to improve sensitivity, robustness and throughput, and to add GLP-1 as a secondary analyte. The sensitivity achieved (glucagon: 15 pg/mL LLOQ, GLP-1: 25 pg/mL LLOQ) is the highest reported for both peptides for an extraction avoiding immunoenrichment. Specificity of endogenous glucagon quantitation was assured using a novel approach with a supercharging mobile phase additive to access a sensitive qualifier transition. A cross-validation against established immunoassays using physiological study samples demonstrated some similarities between the methods. Differences between the immunoassay results exemplified the need to develop alternative methodologies. The resulting LC-MS/MS method is considered a viable alternative to immunoassays, for the quantitation of endogenous glucagon, dosed glucagon and/or dosed GLP-1 in human plasma.

Es ist bekannt, dass eine diabetische Stoffwechsellage über einen gesteigerten Proteinabbau zu einer Muskelatrophie führen kann. Ein zentrales System beim Abbau von Muskelproteinen ist hierbei das Ubiquitin-Proteasom-System mit seinen zwei spezifischen E3-Ligasen MuRF-1 und MAFbx. Ziel dieser Arbeit war es, den Einfluss einer Hyperglykämie auf die Expression von Proteinen des Ubiquitin-Proteasom-Systems im Skelett- und Herzmuskel zeit- und konzentrationsabhängig zu untersuchen. Insbesondere stand die Expression der E3-Ligasen MuRF-1 und MAFbx sowie die daraus folgende Auswirkung auf die Protein-Ubiquitinylierung im Fokus der Untersuchungen. Weiterhin sollte der Einfluss der Hyperglykämie auf die Apoptoserate von Skelett- und Herzmuskelzellen analysiert werden. Seit Kurzem stehen die GLP-1-Analoga als neue Antidiabetika für die Therapie des Diabetes mellitus Type II zur Verfügung. Da in Studien bereits positive Effekte der GLP-1-Analoga am Herzmuskel festgestellt wurden, sollte in der vorliegenden Studie geprüft werden, ob das GLP-1-Analogon Liraglutid die Veränderungen am Herzmuskel beeinflussen kann. Um die Fragestellungen zu klären, wurden verschiedene Untersuchungen in der Zellkultur durchgeführt. Skelettmuskel Myoblasten (undifferenzierte C2C12-Zellen), Skelettmuskel Myotuben (differenzierte C2C12-Zellen) und neonatale Rattenkardiomyozyten wurden unterschiedlichen Glukosekonzentrationen (5mM, 12mM, 25mM) für 24 oder 72 Stunden ausgesetzt. Die Herzmuskelzellen wurden zusätzlich in den Glukosekonzentrationen unter Zusatz von 12 mg/ml Liraglutid für 72h inkubiert. Die Expression der E3-Ligasen wurde mit qRT-PCR (MuRF-1 und MAFbx) und Western Blot (MuRF-1) quantifiziert. Die Poly-Ubiquitinylierung wurde mittels Western Blot bestimmt. Unter Verwendung des Cell Death Detection ELISA (Roche Diagnostics) wurde die Apoptoserate evaluiert. Die Inkubation von Skelett- und Herzmuskelzellen für 24 h mit hyperglykämischen Medium hatte kaum einen Einfluss auf die Expression von MuRF-1 und MAFbx sowie die Apoptoserate. Bei einer Inkubationszeit von 72 h konnten signifikante Erhöhungen bei 25mM Glukose für MuRF-1, MAFbx, der Poly-Ubiquitinylierung und der Apoptoserate in Skelett und Herzmuskelzellen festgestellt werden. Diese Anstiege konnten durch den Zusatz von Liraglutid beim Herzmuskel verhindert werden. Die Ergebnisse der vorliegenden Studie konnten zeigen, dass eine Hyperglykämie in der Zellkultur nach 72 h die Expression von zwei wichtigen Ubiquitin-E3-Ligasen sowie die Steigerung der Apoptoserate induzieren kann und dass dies durch Liraglutid am Herzmuskel verhindert werden kann. Diese Vorgänge können eventuell den Proteinverlust bzw. die Muskelatrophie beim Diabetes mellitus zum Teil erklären. Durch die positive Beeinflussung von Liraglutid an den Herzmuskelzellen könnte sich hier ein therapeutisches Potential zur Muskelatrophiebehandlung ergeben.

Das Darmhormon Glucagon-like peptide-1 (GLP-1) ist ein vielversprechendes Therapeutikum in der Behandlung des Typ 2-Diabetes. Allerdings liegen nur wenige Daten über die molekulare Wirkung des Hormons vor. Daher wurden die intrazellulären Effekte, die GLP-1-induzierten Signaltransduktion und Genexpression am Beispiel der pankreatischen ß-Zellinie INS-1 untersucht. In den INS-1-Zellen zeigte sich nach einer GLP-1-Stimulation eine zeit-, dosis- und glukose-abhängige Phosphorylierung von ERK1/2 bzw. der Aktivierung der Transkriptionsfaktoren Elk-1 und CREB. Während GLP-1 die beiden Signalmoleküle bereits nach wenigen Minuten transient aktivierte, führte Glukose zu einer verzögerten, aber anhaltenden Aktivierung. Beide Stimulanzien gemeinsam bewirkten eine synergistische Aktivierung von ERK1/2 und CREB. Sowohl am Mechanismus der glukose- als auch GLP-1-induzierten Aktivierung sind Ca2[plus]-regulierte Signalprozesse in antagonistischer Weise involviert. So führte die Inhibition von CaM-Kinasen und der intrazellulären Ca2[plus]-Erhöhung zu einer Reduktion der GLP-1- und glukosestimulierten ERK1/2-Phosphorylierung, die induzierte Aktivierung von CREB wurde leicht verstärkt. Die Inhibition der PKA und MEK ließen die Rückschlüsse zu, daß die Aktivie-rung der MAPK-Kaskade teilweise durch die PKA vermittelt wird und eine Wechselwirkung zwischen den Kaskaden existiert. Insbesondere die Induktion der frühen Gene junB, c-fos, nur-77 und zif268, die mit der GLP-1-induzierten ERK1/2- und CREB-Phosphorylierung korrelierten, belegten, daß GLP-1 einen Teil seiner Wirkung über diese Signalwege vermittelt. Die Glukosewirkung hinsichtlich der IEG-Induktion war gering. Beide Stimuli gemeinsam führten analog zum synergistischen Effekt auf signaltransduktorischer Ebene zu einer gesteigerten und verlängerten IEG-Expression, die somit die physiologische Bedeutung von GLP-1 als Glukosekompetenzfaktor unterstrichen.