Background: Genome-wide association studies have identified variants within the FTO (fat mass and obesity associated) locus as the strongest predictors of obesity amongst all obesity-associated gene loci. Recent evidence suggests that variants in FTO directly affect human adipocyte function through targeting IRX3 and IRX5 and thermogenesis regulation. Aim: We addressed the relevance of this proposed FTO-IRX pathway in adipose tissue (AT) of children. Results: Expression of IRX3 was higher in adipocytes compared to SVF. We found increased adipocyte-specific expression of IRX3 and IRX5 with the presence of the FTO risk haplotype in lean children, whereas it was unaffected by risk variants in obese peers. We further show that IRX3 expression was elevated in isolated adipocytes and AT of lean compared to obese children, particularly in UCP1-negative adipocytes, and inversely correlated with BMI SDS. Independent of BMI, IRX3 expression in adipocytes was significantly related to adipocyte hypertrophy, and subsequent associations with AT inflammation and HOMA-IR in the children. Conclusion: One interpretation of our observation of FTO risk variants linked to IRX3 expression and adipocyte size restricted to lean children, along with the decreased IRX3 expression in obese compared to lean peers, may reflect a defense mechanism for protecting body-weight, which is pertinent for lean children.

Recent studies suggested the persistence of brown adipocytes in adult humans, as opposed to being exclusively present in infancy. In this study, we investigated the presence of brown-like adipocytes in adipose tissue (AT) samples of children and adolescents aged 0 to 18 years and evaluated the association with age, location, and obesity. For this, we analysed AT samples from 131 children and 23 adults by histological, immunohistochemical and expression analyses. We detected brown-like and UCP1 positive adipocytes in 10.3% of 87 lean children (aged 0.3 to 10.7 years) and in one overweight infant, whereas we did not find brown adipocytes in obese children or adults. In our samples, the brown-like adipocytes were interspersed within white AT of perirenal, visceral and also subcutaneous depots. Samples with brown-like adipocytes showed an increased expression of UCP1 (>200fold), PRDM16 (2.8fold), PGC1α and CIDEA while other brown/beige selective markers, such as PAT2, P2RX5, ZIC1, LHX8, TMEM26, HOXC9 and TBX1 were not significantly different between UCP1 positive and negative samples. We identified a positive correlation between UCP1 and PRDM16 within UCP1 positive samples, but not with any other brown/beige marker. In addition, we observed significantly increased PRDM16 and PAT2 expression in subcutaneous and visceral AT samples with high UCP1 expression in adults. Our data indicate that brown-like adipocytes are present well beyond infancy in subcutaneous depots of non-obese children. The presence was not restricted to typical perirenal locations, but they were also interspersed within WAT of visceral and subcutaneous depots.

In den letzten Jahren wurde gezeigt, dass die Serumkonzentration des insulinähnlichen Wachstumsfaktorbindungsproteins-2 (IGFBP-2) bei Krebserkrankungen, die mit dem Verlust des Tumorsuppressorgens PTEN einhergehen, erhöht ist und daher möglicherweise einen Marker für den PTEN-Status und die Aktivität des PI3K/AKT/mTOR-Signalweges darstellt. Schmid et al. haben 2014 einen Patienten mit PTEN-Hamartom-Tumor-Syndrom (PHTS) mit einer heterozygoten PTEN-Keimbahndeletion und massiver Lipomatose beschrieben, bei dem erhöhte IGFBP-2 Serumspiegel gemessen wurden. Ziel dieser Arbeit war es zu analysieren, ob PTEN-defiziente Lipomzellen des Patienten im Vergleich zu Kontrollfettzellen mehr IGFBP-2 produzieren, sowie den Einfluss verschiedener pharmakologischer Inhibitoren des AKT/PI3K/mTOR - und des MAPK- Signalwegs auf die IGFBP-2 Produktion zu untersuchen. In der PTEN-defizienten Lipomzellkultur, gewonnen aus reseziertem Lipomgewebe des Patienten, wurden vergleichbare Mengen an IGFBP-2 wie in den nicht PTEN-defizienten Kontrollzellen gefunden. Die pharmakologische Hemmung der PI3K und AKT bewirkten eine signifikante Senkung der IGFBP-2 Expression und Sekretion, wohingegen sich bei Hemmung der MEK und des mTORC1 keine Effekte zeigten. Diese Ergebnisse weisen darauf hin, dass eine heterozygote PTEN-Deletion in Lipomzellen nicht zu einer erhöhten IGFBP-2 Produktion führt und daher die erhöhten Serumspiegel des Patienten nicht darauf zurückzuführen sind. Des Weiteren bestätigen die in vitro Ergebnisse die klinische Beobachtung, dass unter der Therapie mit dem mTORC1-Inhibitor Rapamycin die IGFBP-2 Serumspiegel des Patienten nicht zurückgingen. Möglicherweise stellt IGFBP-2 jedoch einen geeigneten Verlaufsmarker für eine Therapie mit PI3K- oder AKT-Inhibitoren dar.

Einleitung<br /> Säugetiere haben zwei verschiedene Arten von Fettgewebe: das weiße Fettgewebe, welches vorwiegend zur Lipidspeicherung dient, und das braune Fettgewebe, welches sich durch seine Fähigkeit zur zitterfreien Thermogenese auszeichnet. Weiße und braune Adipozyten sind beide mesodermalen Ursprungs. Die Mechanismen, die zur Entwicklung von Vorläuferzellen in den weißen oder braunen Fettzellphenotyp führen, sind jedoch unbekannt. Durch verschiedene experimentelle Ansätze konnte gezeigt werden, daß diese Adipocyten vermutlich durch die Differenzierung zweier Typen unterschiedlicher Vorläuferzellen entstehen: weiße und braune Preadipozyten. Von dieser Hypothese ausgehend, war das Ziel dieser Studie, die Genexpression weißer und brauner Preadipozyten auf Unterschiede systematisch zu analysieren.<br /> <br /> Methoden<br /> Die zu vergleichenden Zellen wurden aus primären Zellkulturen weißer und brauner Preadipozyten des dsungarischen Zwerghamsters gewonnen. „Representational Difference Analysis“ wurde angewandt, um potentiell unterschiedlich exprimierte Gene zu isolieren. Die daraus resultierenden cDNA Fragmente von Kandidatengenen wurden mit Hilfe der Microarraytechnik untersucht. Die Expression dieser Gene wurde in braunen und weißen Fettzellen in verschiedenen Differenzierungsstadien und in braunem und weißem Fettgewebe verglichen.<br /> <br /> Ergebnisse<br /> 12 Gene, die in braunen und weißen Preadipozyten unterschiedlich exprimiert werden, konnten identifiziert werden. Drei Komplement Faktoren und eine Fettsäuren Desaturase werden in weißen Preadipozyten höher exprimiert; drei Struktur Gene (Fibronectin, Metargidin und a Actinin 4), drei Gene verbunden mit transkriptioneller Regulation (Necdin, Vigilin und das „small nuclear ribonucleoprotein polypeptide A“) sowie zwei Gene unbekannter Funktion werden in braunen Preadipozyten höher exprimiert. Mittels Clusteranalyse (oder Gruppenanalyse) wurden die gesamten Genexpressionsdaten charakterisiert. Dabei konnten die Gene in 4 typischen Expressionsmuster aufgeteilt werden: in weißen Preadipozyten höher exprimierte Gene, in braunen Preadipozyten höher exprimierte Gene, während der Differenzierung herunter regulierte Gene und während der Differenzierung hoch regulierte Gene.<br /> <br /> Schlußfolgerungen<br /> In dieser Studie konnte gezeigt werden, daß weiße und braune Preadipozyten aufgrund der Expression verschiedener Gene unterschieden werden können. Es wurden mehrere Kandidatengene zur Bestimmung weißer und brauner Preadipozyten identifiziert. Außerdem geht aus den Genexpressionsdaten hervor, daß funktionell unterschiedliche Gruppen von Genen eine wichtige Rolle bei der Differenzierung von weißen und braunen Preadipozyten spielen könnten, wie z.B. Gene des Komplementsystems und der extrazellulären Matrix. / Introduction<br /> Mammals have two types of adipose tissue: the lipid storing white adipose tissue and the brown adipose tissue characterised by its capacity for non-shivering thermogenesis. White and brown adipocytes have the same origin in mesodermal stem cells. Yet nothing is known so far about the commitment of precursor cells to the white and brown adipose lineage. Several experimental approaches indicate that they originate from the differentiation of two distinct types of precursor cells, white and brown preadipocytes. Based on this hypothesis, the aim of this study was to analyse the gene expression of white and brown preadipocytes in a systematic approach. <br /> <br /> Experimental approach<br /> The white and brown preadipocytes to compare were obtained from primary cell cultures of preadipocytes from the Djungarian dwarf hamster. Representational difference analysis was used to isolate genes potentially differentially expressed between the two cell types. The thus obtained cDNA libraries were spotted on microarrays for a large scale gene expression analysis in cultured preadipocytes and adipocytes and in tissue samples.<br /> <br /> Results<br /> 4 genes with higher expression in white preadipocytes (3 members of the complement system and a fatty acid desaturase) and 8 with higher expression in brown preadipocytes were identified. From the latter 3 coded for structural proteins (fibronectin, metargidin and a actinin 4), 3 for proteins involved in transcriptional regulation (necdin, vigilin and the small nuclear ribonucleoprotein polypeptide A) and 2 are of unknown function. Cluster analysis was applied to the gene expression data in order to characterise them and led to the identification of four major typical expression profiles: genes up-regulated during differentiation, genes down-regulated during differentiation, genes higher expressed in white preadipocytes and genes higher expressed in brown preadipocytes.<br /> <br /> Conclusion<br /> This study shows that white and brown preadipocytes can be distinguished by different expression levels of several genes. These results draw attention to interesting candidate genes for the determination of white and brown preadipocytes (necdin, vigilin and others) and furthermore indicate that potential importance of several functional groups in the differentiation of white and brown preadipocytes, mainly the complement system and extracellular matrix.

Recent studies suggested the persistence of brown adipocytes in adult humans, as opposed to being exclusively present in infancy. In this study, we investigated the presence of brown-like adipocytes in adipose tissue (AT) samples of children and adolescents aged 0 to 18 years and evaluated the association with age, location, and obesity. For this, we analysed AT samples from 131 children and 23 adults by histological, immunohistochemical and expression analyses. We detected brown-like and UCP1 positive adipocytes in 10.3% of 87 lean children (aged 0.3 to 10.7 years) and in one overweight infant, whereas we did not find brown adipocytes in obese children or adults. In our samples, the brown-like adipocytes were interspersed within white AT of perirenal, visceral and also subcutaneous depots. Samples with brown-like adipocytes showed an increased expression of UCP1 (>200fold), PRDM16 (2.8fold), PGC1α and CIDEA while other brown/beige selective markers, such as PAT2, P2RX5, ZIC1, LHX8, TMEM26, HOXC9 and TBX1 were not significantly different between UCP1 positive and negative samples. We identified a positive correlation between UCP1 and PRDM16 within UCP1 positive samples, but not with any other brown/beige marker. In addition, we observed significantly increased PRDM16 and PAT2 expression in subcutaneous and visceral AT samples with high UCP1 expression in adults. Our data indicate that brown-like adipocytes are present well beyond infancy in subcutaneous depots of non-obese children. The presence was not restricted to typical perirenal locations, but they were also interspersed within WAT of visceral and subcutaneous depots.

Background: Genome-wide association studies have identified variants within the FTO (fat mass and obesity associated) locus as the strongest predictors of obesity amongst all obesity-associated gene loci. Recent evidence suggests that variants in FTO directly affect human adipocyte function through targeting IRX3 and IRX5 and thermogenesis regulation. Aim: We addressed the relevance of this proposed FTO-IRX pathway in adipose tissue (AT) of children. Results: Expression of IRX3 was higher in adipocytes compared to SVF. We found increased adipocyte-specific expression of IRX3 and IRX5 with the presence of the FTO risk haplotype in lean children, whereas it was unaffected by risk variants in obese peers. We further show that IRX3 expression was elevated in isolated adipocytes and AT of lean compared to obese children, particularly in UCP1-negative adipocytes, and inversely correlated with BMI SDS. Independent of BMI, IRX3 expression in adipocytes was significantly related to adipocyte hypertrophy, and subsequent associations with AT inflammation and HOMA-IR in the children. Conclusion: One interpretation of our observation of FTO risk variants linked to IRX3 expression and adipocyte size restricted to lean children, along with the decreased IRX3 expression in obese compared to lean peers, may reflect a defense mechanism for protecting body-weight, which is pertinent for lean children.

In den letzten Jahren wurde gezeigt, dass die Serumkonzentration des insulinähnlichen Wachstumsfaktorbindungsproteins-2 (IGFBP-2) bei Krebserkrankungen, die mit dem Verlust des Tumorsuppressorgens PTEN einhergehen, erhöht ist und daher möglicherweise einen Marker für den PTEN-Status und die Aktivität des PI3K/AKT/mTOR-Signalweges darstellt. Schmid et al. haben 2014 einen Patienten mit PTEN-Hamartom-Tumor-Syndrom (PHTS) mit einer heterozygoten PTEN-Keimbahndeletion und massiver Lipomatose beschrieben, bei dem erhöhte IGFBP-2 Serumspiegel gemessen wurden. Ziel dieser Arbeit war es zu analysieren, ob PTEN-defiziente Lipomzellen des Patienten im Vergleich zu Kontrollfettzellen mehr IGFBP-2 produzieren, sowie den Einfluss verschiedener pharmakologischer Inhibitoren des AKT/PI3K/mTOR - und des MAPK- Signalwegs auf die IGFBP-2 Produktion zu untersuchen. In der PTEN-defizienten Lipomzellkultur, gewonnen aus reseziertem Lipomgewebe des Patienten, wurden vergleichbare Mengen an IGFBP-2 wie in den nicht PTEN-defizienten Kontrollzellen gefunden. Die pharmakologische Hemmung der PI3K und AKT bewirkten eine signifikante Senkung der IGFBP-2 Expression und Sekretion, wohingegen sich bei Hemmung der MEK und des mTORC1 keine Effekte zeigten. Diese Ergebnisse weisen darauf hin, dass eine heterozygote PTEN-Deletion in Lipomzellen nicht zu einer erhöhten IGFBP-2 Produktion führt und daher die erhöhten Serumspiegel des Patienten nicht darauf zurückzuführen sind. Des Weiteren bestätigen die in vitro Ergebnisse die klinische Beobachtung, dass unter der Therapie mit dem mTORC1-Inhibitor Rapamycin die IGFBP-2 Serumspiegel des Patienten nicht zurückgingen. Möglicherweise stellt IGFBP-2 jedoch einen geeigneten Verlaufsmarker für eine Therapie mit PI3K- oder AKT-Inhibitoren dar.