L’obésité est responsable de diverses complications médicales, notamment respiratoires. Elle favorise l’apparition de maladies bronchiques chroniques (asthme, BPCO) et complique leur prise en charge. Elle s’accompagne de troubles respiratoires du sommeil et augmente la susceptibilité aux infections respiratoires.Le tissu adipocytaire est désormais reconnu comme un tissu hormonal, source de nombreux médiateurs dont font partie les adipokines, cytokines produites principalement par les adipocytes. Parmi celles-ci, l’adiponectine (APN) est une protéine de 30kDa qui peut s’associer en multimères de plus ou moins haut poids moléculaire. Ses taux circulants sont élevés mais sa concentration sérique diminue avec le gain de poids.L’adiponectine est impliquée dans les phénomènes d’immunorégulation associés aux modifications nutritionnelles et également dans le développement pulmonaire. Mais le rôle pro ou anti-inflammatoire de l’APN est toujours un sujet à débat. L’association entre les taux sériques d’APN et la survenue de maladies bronchiques n’est pas clairement démontrée chez l’homme.Nous nous sommes intéressés au rôle que joue l’APN au sein du système respiratoire, dans la régulation du fonctionnement des macrophages et cellules épithéliales bronchiques. Nous avons plus particulièrement étudié l’effet de l’APN sur la sécrétion de cytokines par ces deux types cellulaires.Nous disposons de pièces opératoires pulmonaires de patients opérés pour un cancer bronchique, à partir desquelles nous réalisons des cultures primaires d’explants de parenchyme, de macrophages pulmonaires ou de cellules épithéliales bronchiques et nous disséquons des anneaux bronchiques.Nous avons montré qu’il existait une production d’APN in situ par du tissu pulmonaire humain et que cette production était corrélée, à l’instar de la forme circulante, au poids du patient. Nous avons vérifié que les récepteurs à l’APN (AdipoR1 et AdipR2) étaient tous les deux exprimés par des macrophages pulmonaires, des explants de bronches et des cellules épithéliales bronchiques.Nous avons soumis les macrophages pulmonaires humains à un traitement par de l’APN à différentes concentrations (3-10-30 microg/ml) avant de les stimuler par du LPS (10 ng/ml ou Poly I:C 10 ng/ml) ou d’IL-4 (10 ng/ml). Nous avons montré que l’adiponectine diminuait la sécrétion des cytokines M1 induites par le LPS et le Poly I:C (IL6, CCL3, CCL4, CCL5, CXCL8, TNF). tout comme celles des cytokines M2 induites par l’IL-4 (CCL13, CCL18, CCL22). L'adipoRon, agoniste synthétique des récepteurs de l'adiponectine, a montré les mêmes effets que la protéine recombinante.Nous avons comparé avec l’effet d’autres adipokines : la leptine à sa plus grande concentration (1000 ng/ml) induisait la production de cytokines de type M1 (IL6, CCL3, CCL4, CCL5, TNFa) par des macrophages non stimulés alors que la visfatine et la chémérine n’avaient aucun effet sur la production de cytokines par les macrophages.Seule l’adiponectine a démontré un effet sur les cellules épithéliales bronchiques, en modulant de façon opposée la production de certaines cytokines : diminution de la sécrétion de CXCL1 et CCL2 en situation basale et après traitement par TNF (50 ng/ml) mais augmentation de celle d’IL6 et CXCL8 en situation basale.Nous avons complété ce travail par des expériences sur la régulation du tonus bronchique par les adipokines, en utilisant des anneaux bronchiques dans des cuves à organes isolées. Ces résultats ont fait l'objet d’un dépôt de brevet européen.Ces travaux sont les premiers à s’intéresser à l’effet de l’APN et de l’AdipoRon sur un modèle de culture primaire de macrophages et cellules épithéliales bronchiques humains. L’APN est capable de moduler la polarisation de ces cellules. Les adipokines régulent aussile tonus bronchique. Les adipokines sont essentielles à la compréhension du retentissement pulmonaire de l’obésité. / Obesity promotes the development of chronic bronchial diseases (asthma, COPD) and complicates their management, induces sleep breathing disorders and increases susceptibility to respiratory infections. Adipocytea are a source of mediator production including adipokines. Among these, adiponectin (APN) is a 30kDa protein that can associate in multimers of variable molecular weight. It circulates at high level but its serum concentration decreases with weight gain. APN is involved in immunoregulation and pulmonary development. But the pro or anti-inflammatory role of the APN is still a matter for debate. The association between serum levels of APN and the occurrence of bronchial diseases is not clearly demonstrated in humans. We explored the role of adipokines within the respiratory system. In particular, we studied the effect of the APN on the production of cytokines by pulmonary macrophages and bronchial epithelial cells. We obtained lung specimens from patients operated for carcinoma, from which we carried out primary cultures of parenchymal explants, pulmonary macrophages or bronchial epithelial cells and we also prepared bronchial rings for study in organ bath. We have revealed an in situ production of APN by human lung tissue, which is correlated with patient weight. We have verified that APN receptors (AdipoR1 and AdipR2) were both expressed by pulmonary macrophages, bronchial explants, and bronchial epithelial cells. We have treated human lung macrophages with APN (3-10-30 μg/ml) before stimulation with LPS (10 ng / ml) or Poly I: C (10 ng/ml) or IL-4 (10 ng/ml).We have shown that the APN decreased the production of M1 cytokines induced by LPS and Poly I: C (IL-6, CCL3, CCL4, CCL5, CXCL8, TNFa) as well as those of M2 cytokines induced by IL-4 (CCL13, CCL18, CCL22). AdipoRon, a synthetic adiponectin receptor agonist, exhibited the same effects as the recombinant protein. In comparison, leptin at its highest concentration (1000 ng/ml) induced the production of M1-type cytokines (IL-6, CCL3, CCL4, CCL5, TNF-α) by unstimulated macrophages whereas visfatin and chemerin did not reveal any effect on cytokine production by macrophages. Only APN demonstrated an effect on bronchial epithelial cells: decreasing the production of CXCL1 and CCL2 at basal state and after stimulationwith TNF (50 ng / ml) but increasing production of IL6, CCL20 and CXCL8 in the basal situation. We have completed this work by experiments on the regulation of bronchial tone by adipokines, using bronchial rings in isolated organ baths. These results have been the subject of a European patent application. This work is the first looking at the effect of APN and AdipoRon on primary human pulmonary macrophages and bronchial epithelial cells. APN is able to modulate the polarization of these cells. Adipokines are essential for understanding the respiratory burden of obesity.

L’obésité est un problème de santé publique, de par son incidence et son association avec d’autres pathologies. La leptine est une hormone clé pour l’homéostasie énergétique et glucidique, en activant son récepteur OBR, exprimé majoritairement dans l’hypothalamus. L’obésité est fréquemment associée à une résistance à la leptine, caractérisée par une diminution de la sensibilité à l’hormone. Comprendre les mécanismes moléculaires à l’origine de cette résistance, afin de la prévenir ou de la corriger, constitue un enjeu thérapeutique majeur. L’objectif de mes travaux de thèse a été d’étudier deux nouveaux mécanismes de la régulation de la fonction d’OBR, suspectés être à l'origine de la résistance à la leptine associée à l’obésité.Concernant le premier mécanisme, notre laboratoire a découvert la protéine Endo1, qui interagit avec OBR, et le retient dans des compartiments intracellulaires, limitant ainsi la sensibilité de la cellule à l’hormone. Mon travail a contribué à montrer que l'extinction d'Endo1, dans le noyau arqué de l’hypothalamus, associée au retour à un régime classique, permet de corriger l’installation de la résistance à la leptine et de l’obésité de souris rendues obèses par régime gras. En revanche, l'extinction d'Endo1 n’arrive pas à corriger l’altération de l’homéostasie glucidique de ces animaux sous régime gras, montrant ainsi une dissociation entre obésité et diabète de type II. Sur le plan moléculaire, nous montrons qu'Endo1 régule de façon différentielle les voies de signalisation d’OBR. Endo1 inhibe, comme attendu, l'activation de la voie anorexigène STAT3 ; mais de façon plus surprenante, Endo1, en interagissant avec la sous-unité régulatrice de la PI3K (p85), semble nécessaire à l'activation de la voie PI3K/AKT, voie impliquée dans le métabolisme du glucose. Ces résultats suggèrent le rôle crucial d’Endo1 comme (i) régulateur de la sensibilité neuronale à la leptine, (ii) et médiateur de la signalisation de la leptine.Le second projet, mené en collaboration avec l'équipe du Dr Prévot, a permis d’identifier une nouvelle modification post-traductionnelle (PTM) affectant OBR. Nous avons étudié les conséquences de cette PTM sur l’activation d’OBR, sa signalisation et sur le développement de la résistance à la leptine et l'obésité. Des résultats in vivo ont montré que l’enzyme responsable de la PTM voit son activité augmentée dans l’hypothalamus de souris rendues obèses par régime gras. L’inactivation génétique ou pharmacologique de cette enzyme prévient la mise en place d’une résistance à la leptine, de façon dépendante d’OBR. Au niveau moléculaire, nous avons identifié certains résidus d’OBR comme cibles de cette PTM. La modification de ces résidus cruciaux altère l’état d’activation moléculaire d’OBR et abolie l’activation des voies de signalisation induites par la leptine. En outre, cette enzyme interagit avec OBR dans des cellules hypothalamiques ; sa suractivation au niveau cellulaire, après traitement au palmitate mimant le régime gras, abolit l’activation de la voie PI3K/AKT induite par la leptine. Aussi, ces résultats démontrent que cette PTM affectant OBR est un nouveau mécanisme à l’origine de la résistance à la leptine et ouvre donc de nouvelles perspectives thérapeutiques. / Obesity is a major issue of public health because of its incidence and association with other pathologies. Leptin is a key hormone involved in the regulation of energy and glucose homeostasis, through the activation of its receptor OBR, mainly expressed in the hypothalamus. Obesity is frequently associated with leptin resistance, characterized by a decreased sensitivity to the hormone. Understanding the molecular mechanisms related to leptin resistance, in order to prevent or reverse it, represents major therapeutic concerns. The objective of my PhD work was to explore two new mechanisms involved in the regulation of OBR function, suspected to be related to leptin resistance associated with obesity.Regarding the first mechanism, the laboratory described a new protein namely Endo1, which interacts with OBR and retains the receptor in intracellular compartments, leading to decreased cellular leptin sensitivity. We showed that Endo1 silencing, specifically in the arcuate nucleus of hypothalamus, combined with a switch to chow diet, reverses the establishment of leptin resistance and obesity of obese mice fed a high fat diet (HFD). However, Endo1 silencing cannot reverse the alteration of glucose homeostasis upon HFD feeding, underlying a disassociation between obesity and type II diabetes. At the molecular level, we showed that leptin-induced signaling pathways are differentially regulated by Endo1. Endo1 inhibits, as expected, the anorectic STAT3 pathway; but surprisingly, by interacting with the PI3K regulatory subunit (p85), Endo1 seems to be necessary for the activation of PI3K/AKT pathway, which is involved in glucose homeostasis. These results indicate a crucial role for Endo1 as (i) a regulator of neuronal leptin sensitivity, (ii) a scaffolding protein involved in leptin signaling transduction.The second mechanism, investigated in collaboration with Dr. Prevot’s team, is based on the discovery of a new post-translational modification (PTM) on OBR. We studied the functional consequences of this PTM on OBR activation state, its signaling and the development of leptin resistance and obesity. In vivo results showed that the enzyme responsible for the PTM has an increased activity in the hypothalamus of obese mice fed a HFD. Genetic or pharmacological inactivation of this enzyme prevents the establishment of leptin resistance, in an OBR dependent manner. At the molecular level, we identified some OBR residues that can undergo this PTM. Modifications of those crucial residues by the PTM impair the molecular activation state of OBR and subsequently abolish the activation of leptin-induced signaling pathways. Likewise, this enzyme interacts with OBR in hypothalamic cell; and its overactivation at the cellular level after palmitate treatment (mimicking HFD), abolishes the leptin-induced PI3K/AKT activation. These results demonstrate that the PTM targeting OBR is a new mechanism underlying leptin resistance and thus open new therapeutic perspectives against obesity.

La compréhension des mécanismes cérébraux régulant la prise alimentaire est devenue cruciale face à la pandémie mondiale d’obésité. L’ingestion d’aliments est sous le contrôle d’un large réseau de structures cérébrales qui régulent la balance énergétique en régulant l’apport de nourriture et la dépense énergétique. Etant donné l’importance de l’olfaction dans l’appréciation des aliments, il est primordial d’identifier des mécanismes précis liant olfaction et nutrition.Nous avons choisi d’étudier l’activité dans le Bulbe Olfactif principal (BO), la première structure cérébrale qui permet la représentation spatiotemporelle des odeurs. De façon intéressante, des récepteurs aux hormones anorexigènes et orexigènes sont exprimés à la fois dans l’hypothalamus et le BO. Toutefois, l’impact de la leptine (et de l’obésité) sur l’activité du BO in vivo demeure inconnu.Pour évaluer l’action de la leptine et de l’obésité sur la plasticité olfactive, nous avons choisi le modèle murin ob/ob. Nous avons d’abord décrit la répartition spatiale de l’activité dans le BO en réponse à une odeur alimentaire et à une odeur neutre chez ces souris en les comparant à des souris témoins grâce une technique de neuroimagerie fonctionnelle, l’Imagerie par Résonance Magnétique renforcée au Manganèse (MEMRI). Par le développement d’une méthode de comparaison statistique indépendant de l’utilisateur, le SPM (Statistical Parametric Mapping), nous avons mis en évidence une augmentation de l’activité spontanée et de l’activité induite par odeur alimentaire dans le BO des ob/ob. Cependant, l’activité induite par une odeur neutre n’était pas plus élevée. L’injection de leptine a pour résultat d’augmenter le signal MEMRI dans les couches profondes du BO et ne restaure que partiellement l’activité des ob/ob. En quantifiant la neurogenèse dans le BO par injections de BrdU, nous avons mis en évidence une survie accrue des cellules granulaires et périglomerulaires chez les ob/ob.Pour évaluer la dynamique temporelle de l’activité du BO, nous avons enregistré par électrophysiologie les variations de l’activité oscillatoire du potentiel de champ local dans les couches profondes du BO pendant l’apprentissage d’une tâche de discrimination olfactive, le Go/NoGo. L’apparition d’une oscillation lente dite bêta (15-40 Hz) pendant cet apprentissage est un marqueur fonctionnel de l’état du réseau olfactif. Elle est dépendante des retours centrifuges provenant du cortex olfactif, majoritairement du cortex piriforme. Si nous n’avons pas observé de différence importante dans la discrimination olfactive, nous avons en revanche mis en évidence un problème motivationnel chez les animaux ob/ob, qui n’effectuaient la tâche que si la récompense hydrique contenait du sucre. Nos enregistrements montrent une forte augmentation des oscillations bêta chez les souris obèses après apprentissage comparé aux souris témoins. / Olfaction makes possible both the detection and the processing of odors related to food location and palatability. Interestingly, receptors to anorexigen and orexigen hormones and neuropeptides found in the hypothalamus are also expressed in the main olfactory bulb (MOB), suggesting that feeding state has an impact on odor representation. However, neuronal mechanisms linking olfaction, food intake and metabolic disorders are still unclear. In this PhD thesis, we wanted to further understand mechanisms of the olfactory-feeding crosstalk and tested the effects of obesity on olfactory activity in the MOB. Leptin, a peptidergic hormone produced by adipocytes, is a major regulator of the energy balance and inhibits food intake. Ob/ob mice are deficient in leptin from birth and are widely used as a murine model of obesity. We used a functional neuroimaging technique, Manganese Enhanced Magnetic Resonance Imaging (MEMRI), in association with statistical parametric mapping (SPM) to monitor food odor-evoked spatial activity in the MOB of these mice. Using MEMRI, we found that odor-evoked signal is different, both in terms of intensity and localization between lean and ob/ob mice for the spontaneous activity and in response to food odor. However, this is not the case for a neutral odor. Moreover, leptin impacts both spontaneous activity and food odor-evoked signal intensity in both groups. Interestingly leptin strongly activates deep layers (mitral cell layer and mainly granule cell layer) of the MOB. To pinpoint what cellular/molecular mechanisms can be responsible for these changes in the spatial distribution of activity, we analyzed the effects of the lack of leptin on the composition and activity of the MOB cellular network.We quantified bulbar adult neurogenesis and found that 21 days after BrdU injections, a cell birth marker, ob/ob mice showed an increased number of both new periglomerular and granular cells as compared to control, suggesting that leptin regulates new neuron elimination. We also tested whether an inflammation could be occurring in the MOB. Using RTPCR of different neuronal and glial markers we did not observe strong signs of inflammation. Then we probed changes in local network activity in the deep layers of the MOB by recording local field potentials during a Go/NoGo odor discrimination task. We observed that the power of beta oscillations, the functional marker of the olfactory network between the MOB and the olfactory cortex, is way higher in the MOB of ob/ob mice compared to control mice.

Dissertation zur Erlangung des akademischen Grades Doctor medicinae (Dr. med.) Titel: Die Evaluierung der biochemischen Plasmaparameter Leptin, CRP und PAPP-A für die Prädiktion und Risikoabschätzung der Präeklampsie im ersten Trimenon der Schwangerschaft eingereicht von: Anika Wolfskämpf, geb.Günther angefertigt in: der Abteilung für Geburtsmedizin des Universitätsklinikums Leipzig betreut von: Forschungsgruppenleiter (Labor): Prof. Dr. rer. nat. Thomas Walther (Cork, ehem. Leipzig) Forschungsgruppenleiter (Klinik): Prof. Dr. med. Holger Stepan (Leipzig) Monat und Jahr der Einreichung: März 2020 Die Präeklampsie (PE) tritt deutschlandweit zw. 1-3% der Schwangerschaften auf und ist in der globalen Betrachtung eine der häufigsten Gründe für maternale und perinatale Morbidität und Mortalität. Bis zur 20. Schwangerschaftswoche steht kein Test zur sicheren Früherkennung der PE zur Verfügung. Dementsprechend sollte die Frage beantwortet werden, ob Leptin, CRP und PAPP-A prädiktive PE-Marker einer bestimmten Risikogruppe im ersten Trimenon sind und inwieweit ihre Vorhersagekraft zur Aufnahme in ein effektives Screening der PE im ersten Trimenon reichen könnte. Zur Beantwortung der Fragestellung wurden im Zeitraum von 2006 bis 2009 insgesamt 2187 Probandinnen zw. 11.-14. SSW freiwillig, kostenfrei, pränataldiagnostisch untersucht, HPD-relevante Daten erhoben, sowie Plasma- und Urinproben genommen. Es wurden neun verschiedene Erkrankungsgruppen mit jeweils gepaarten Kontrollen definiert. Von insgesamt 138 Pathologien und 138 gepaarten Kontrollen wurden die Plasmawerte von Leptin, CRP und PAPP-A mittels ELISA gemessen. In dieser Studie betrug die Prävalenz der PE (mit 21 PE Erkrankten) 0,96%. Diese Studienprävalenz ist in etwa mit der deutschen PE-Prävalenz (1-3%) vergleichbar. Für die Plasma-CRP-Werte konnte kein signifikanter Unterschied zwischen PE- und Kontroll-Gruppe (CTR) nachgewiesen werden. Für Plasma-PAPP-A und Leptin fanden sich hingegen signifikante Unterschiede zwischen PE- und CTR-Gruppe. PAPP-A ist in der PE-Gruppe im Vergleich zu den Kontrollen vermindert und Leptin hingegen erhöht vorzufinden. Das Ergebnis der Leptinuntersuchung ergab einen p-Wert von < 0,0001 und für die PAPP-A von < 0,05. Zur Testung der diagnostischen Genauigkeit wurden Receiver Operating Characteristic-Kurven (ROC) angefertigt. Sie ergaben für Leptin einen cut-off von 14,64 ng/ml Leptin und eine Area Under the Curve (AUC) von 0,741 bei einer Spezifität von 81,88% und einer Sensitivität von 61,90%. Der Positiv Prädiktive Wert (PPV) für den Leptin-Test betrug 34,2%, der Negativ Prädiktive Wert (NPV) 93,4%. Da eine positive Korrelation nach Pearson mit p < 0,0001 zwischen BMI und Leptinwerten in der Frühschwangerschaft bestand, wurden die Gruppen auf Probandinnen mit einem BMI < 30 eingeschränkt. Der t-Test des Leptins der PE-Gruppe mit einem BMI < 30 verglichen mit dem Leptin der CTR-Gruppe mit einem BMI < 30 zeigte einen signifikanten Unterschied von p = 0,0004. Die ROC-Kurve ergab einen deutlich niedrigeren cut-off von 10,69 ng/ml Plasma-Leptin und eine AUC von 0,706. Die Spezifität betrug hierbei 69,92% und die Sensitivität 70,56%, der PPV lag bei 23,08% und der NPV bei 94,9%. Die ROC-Ergebnisse weisen darauf hin, dass ab einem definierten Plasma-Leptinwert zwischen 11.-14. SSW ein sehr viel höheres Risiko besteht, eine PE zu entwickeln. Hohe Leptin-Plasmaspiegel im ersten Trimenon der Schwangerschaft gehen mit der Entwicklung einer PE einher, aber es gibt auch Schwangere, die trotz hoher Leptinwerte keine PE entwickeln. Der Plasma-Leptintest im ersten Trimenon der Schwangerschaft besitzt eine hohe Spezifität und einen hohen NPV, daher schließen geringe Leptinwerte unterhalb des cut off die Entwicklung einer PE nahezu aus. Die Eingrenzung der untersuchten Gruppe auf einen BMI < 30 erbringt eine Verbesserung der Testsensitivität. Die Kombination von Plasma-Leptin und -PAPP-A als prädiktive PE-Marker zeigt eine weitere Erhöhung der Spezifität um 91% und der Sensitivität um 76%. Der PPV für diesen Test liegt bei 57% und der NPV bei 96%. Nebenuntersuchungen des Einflusses weiterer Parameter, wie die Einnahme bestimmter Medikamente während der Schwangerschaft oder die Anzahl der vorherigen Geburten (Parität) bzw. Schwangerschaften (Gravidität), auf die Entstehung einer späteren PE erbrachte kein signifikantes Ergebnis. Die Untersuchungen bezüglich der Plasmaparameter PAPP-A, CRP und Leptin zur möglichen Prädiktion weiterer Gestosen erbrachte eine signifikante Leptinerhöhung in der Gruppe der schwangeren Frauen im ersten Trimenon, welche im späteren Verlauf einen Gestationsdiabetes mellitus (GDM) entwickelten, im Vergleich zu dem gesamten Kontrollkollektiv. Dieses Ergebnis lässt vermuten, dass sich eine, bei einer GDM entwickelnde, unphysiologische Hyperleptinämie bereits vor der Entstehung einer definitiven Plazenta und somit von dieser unabhängig entwickelt. Es ist somit anzunehmen, dass sich eine Leptinresistenz bereits vor der Entstehung der Insulinresistenz entwickelt. Das wiederum lässt den Schluss zu, dass die Hyperleptinämie und die damit einhergehende Leptinresistenz möglicherweise für die Insulinresistenz mitverantwortlich ist und nicht, wie bisher angenommen, die Insulinresistenz die Leptinresistenz bedingt. Somit konnte Leptin ebenfalls als möglicher Prädiktor eines GDM identifiziert werden. Zu einer abschließenden Beurteilung dieser Hypothese sind allerdings noch weitere Untersuchungen vonnöten. Bei einer Nebenanalyse zum Einfluss des Rauchverhaltens auf die Konzentration der Plasma-PAPP-A, -CRP- und -Leptin-Spiegel wurden signifikante Unterschiede zwischen Rauchern und Nichtrauchern bei den CRP- und Leptinwerten gefunden. Das Gesamtkollektiv der Raucherinnen weist signifikant höhere CRP-Werte im Vergleich zu dem Gesamtkollektiv der Nichtraucherinnen auf. Ebenfalls hat die Gruppe der erkrankten Raucherinnen signifikant höhere CRP-Werte als die Gruppe der erkrankten Nichtraucherinnen. Diese Ergebnisse sind am ehesten mit dem bereits bekannten Phänomen zu begründen, dass man erhöhte CRP-Werte bei Rauchern vorfindet. Hinsichtlich der Leptinwerte ist auffällig, dass die Gruppen der erkrankten Raucherinnen und der erkrankten Nichtraucherinnen signifikant höhere Leptinwerte aufweisten als das Gesamtkollektiv der Kontrollen und somit aller gesunden Nichtraucherinnen. Dieser Unterschied findet sich nicht in Bezug auf die Gruppe der gesunden Raucherinnen. Zudem weist das Kollektiv der kranken Raucherinnen signifikant höhere Leptinwerte auf als das der gesunden Raucherinnen. Dies lässt den Schluss zu, dass nicht das Rauchverhalten bzw. nicht dieses alleinig mit erhöhten Leptinwerten assoziiert zu sein scheint, sondern dass vor allem die sich entwickelnde Gestose mit erhöhten Leptinwerten einhergeht. Ob diese Erhöhung bereits vor der Schwangerschaft bestand oder sich erst in der Frühschwangerschaft entwickelt, welche Ursachen und Folgen der erhöhte Plasmaleptinspiegel bei der Entstehung einer Gestose hat und ob sich die Daten auf ein wesentlich größeres Kollektiv Ersttrimesterschwangerer, welche im weiteren Verlauf eine Präeklampsie oder einen Gestationsdiabetes mellitus entwickeln werden, übertragen lassen, obliegt weiteren Forschungsbemühungen. Aufgrund der hohen Spezifität ist die Plasma-Leptinbestimmung als Bestätigungstest bspw. nach einem Screeningtest im ersten Trimenon einsetzbar. Durch den hohen NPV ist die additive Plasma-Leptinbestimmung als Ausschlussparameter bei Hochrisiko-schwangerschaften für PE und möglicherweise auch für Gestationsdiabetes mellitus denkbar. Kombinationsuntersuchungen im ersten Trimenon aus Plasma-Leptin mit etablierten biophysikalischen und biochemischen PE-Markern könnte Plasma-Leptin als Vorhersageparameter noch bedeutsamer machen. Dies zeigt bereits die Kombinations-untersuchung von Plasma-PAPP-A und -Leptin. Eine zukünftige Entwicklung liegt möglicherweise in einem voll automatisierten Test, welcher mittels multivariater Analyse alle Faktoren mit der höchsten Prädiktionsrate für eine PE und andere Gestosen, wie bspw. einen Gestationsdiabetes mellitus im ersten Trimenon erfasst. So kann ein Hochrisikokollektiv für die jeweilige Gestose spezifisch herauskristallisiert und bspw. einer präventiven Aspiringabe und engmaschigeren Kontrolle oder einer Sectiobereitschaft zugeführt werden. Ein solches Vorgehen könnte eine bessere Risikoklassifizierung ermöglichen, als es die alleinige Anamneseerhebung und körperliche Untersuchung tut. Eine Prüfung müsste zudem dahingehend erfolgen, ob Leptin auch überregional und somit außerhalb von sog. Wohlstandsgesellschaften ein möglicher PE bzw. GDM-Risikofaktor ist oder ob sich dieses Adipokin erst im Zuge der Überversorgung mit bestimmten Nahrungsmitteln negativ auf die Gesundheit auswirkt und zur Entstehung von Gestosen, wie der Präeklampsie und des Gestationsdiabetes beiträgt.:INHALTSVERZEICHNIS Abkürzungsverzeichnis 1 Einführung 1.1 Klassifizierung und Definitionen der Hypertension in Pregnancy Diseases (HPD) 1.1.1 Essentieller arterieller Hypertonus 1.1.2 Gestationshypertonus 1.1.3 Präeklampsie (Synonym: Gestose) 1.1.4 Pfropfhypertonie 1.1.5 Pfropfpräeklampsie (Synonym: Pfropfgestose) 1.1.6 Andere hypertensive Erkrankungen 1.1.7 HELLP-Syndrom 1.1.8 Gestationsdiabetes 1.1.9 Vorzeitige Plazentalösung 1.2 Epidemiologie der Hypertension in Pregnancy Diseases (HPD) 1.3 Klinik und Folgen der Präeklampsie 1.3.1 Mögliche Organbeteiligung bei Präeklampsie 1.3.2 Schweregrade der Präeklampsie 1.3.3 Weitere Folgen der Hypertension in Pregnancy Diseases (HPD) 1.4 Aktueller Forschungsstand der Präeklampsie – ein Überblick 1.4.1 Pathophysiologie der Präeklampsie 1.4.2 Früherkennung der Präeklampsie 1.4.2.1 Biochemische Marker zur Prädiktion der Präeklampsie 1.4.2.2 Biophysikalische Marker zur Prädiktion der Präeklampsie 1.4.2.3 Risikofaktoren als Instrument der Prädiktion der Präeklampsie 2 Aufgabenstellung 2.1 Problemanalyse 2.2 Ziel der Dissertation 3 Material und Methoden 3.1 Untersuchungsobjekte 3.2 Material und Geräte 3.3 Methoden 3.3.1 Probengewinnung und Probenlagerung 3.3.2 ELISA zur CRP-Quantifizierung 3.3.2.1 Testprinzip 3.3.2.2 Durchführung 3.3.3 ELISA zur Leptin-Quantifizierung 3.3.3.1 Testprinzip 3.3.3.2 Durchführung 3.3.4 ELISA zur PAPP-A-Quantifizierung 3.3.4.1 Testprinzip 3.3.4.2 Durchführung 3.4 Verwendete Software 3.4.1 Textverarbeitung 3.4.2 Literaturrecherche und -verwaltung 3.4.3 Statistik und Graphiken 3.5 Statistik 3.5.1 Berechnung der Studienprävalenzen 3.5.2 Bestimmung von Mittelwerten (MW) und Standardabweichungen (STABW) 3.5.3 Durchführen von t-Tests 3.5.4 Bestimmung des Korrelationskoeffizienten nach Pearson 3.5.5 Erstellen von Receiver Operating Characteristics (ROC)-Kurven 3.5.6 Untersuchungen zur Testqualität 3.5.6.1 Sensitivität, Spezifität, Falsch-Positiv-Rate, Falsch-Negativ-Rate 3.5.6.2 Negativ Prädiktiver Wert (NPV), Positiv Prädiktiver Wert (PPV) 3.5.6.3 Likelihood Ratio (LR) 4 Ergebnisse 4.1 Beschreibung des Kollektivs 4.2 Statistische Untersuchungen zu den Unterschieden zwischen Präeklampsie- (PE) und Kontroll-Gruppe (CTR) in Bezug auf die Plasmaparameter PAPP-A, CRP und Leptin 4.2.1 Vergleich zwischen Plasma-PAPP-A-Werten in PE- und CTR-Gruppen 4.2.2 Vergleich zwischen Plasma-CRP-Werten in PE- und CTR-Gruppen 4.2.3 Vergleich zwischen Plasma-Leptin-Werten in PE- und CTR-Gruppen 4.3 Statistische Untersuchung der prädiktiven Wertigkeit von Leptin für die Präeklampsie (PE) 4.3.1 Untersuchungen zur Korrelation von Plasma-Leptin-Werten mit dem BMI 4.3.2 Untersuchungen zu den Unterschieden zwischen BMI-Werten in PE- und CTR-Gruppen 4.3.3 Vorhersagegenauigkeit des Leptin-Tests mittels Receiver Operating Characteristic (ROC) 4.3.4 Statistische Darstellung der Aussagekraft der ROC-Analysen 4.4 Statistische Untersuchungen der prädiktiven Wertigkeit der Kombination mehrerer Parameter im ersten Trimenon der Schwangerschaft zur Vorhersage der Präeklampsie (PE) 4.4.1 Kombination aus Plasma-Leptin und -PAPP-A für die Prädiktion der PE 4.4.1.1 Die prädiktive Wertigkeit von Leptin für die PE 4.4.1.2 Untersuchung der prädiktiven Wertigkeit von PAPP-A für die PE 4.4.1.3 Die Testqualität der Kombination Plasma-Leptin und -PAPP-A für die Prädiktion der PE 4.4.2 Untersuchungen zu den Unterschieden zwischen PE- und CTR-Gruppe in Bezug auf weitere Faktoren 4.4.2.1 Vergleich von Gravidität und Parität der Probandinnen in PE- und CTR-Gruppe 4.4.2.2 Vergleich der Einnahme von Medikamenten in PE- und CTR-Gruppe 4.5 Statistische Untersuchungen zu den Unterschieden zwischen Plasma-PAPP-A, -CRP- und -Leptin-Werten für alle weiteren Abschlussdiagnosen 4.5.1 Vergleich der Gruppe essentielle arterielle Hypertonie mit den Kontrollen (CTR) 4.5.2 Vergleich der Gruppe Gestationshypertonus mit den Kontrollen (CTR) 4.5.3 Vergleich der Gruppe HELLP-Syndrom mit den Kontrollen (CTR) 4.5.4 Vergleich der Gruppe Gestationsdiabetes mit den Kontrollen (CTR) 4.5.5 Vergleich der Gruppe vorzeitige Plazentalösung mit den Kontrollen (CTR) 4.6 Statistische Untersuchungen der Unterschiede zwischen Plasma-PAPP-A, -CRP- und -Leptin rauchender und nicht-rauchender Probandinnen 4.6.1 Vergleich der Plasma-PAPP-A-Werte bezüglich des Rauchverhaltens 4.6.2 Vergleich der Plasma-CRP-Werte bezüglich des Rauchverhaltens 4.6.3 Vergleich der Plasma-Leptin-Werte bezüglich des Rauchverhaltens 4.7 Zusammenfassung statistischer Daten der untersuchten Gruppen bezüglich PAPP-A-, CRP-und Leptin 5 Diskussion 5.1 Methoden 5.1.1 Fragestellung 5.1.2 Studiendesign 5.1.3 Laborchemische Untersuchungsmethode 5.1.4 Statistische Untersuchungsmethoden 5.2 Ergebnisse 5.2.1 PAPP-A als prädiktiver Präeklampsie-Marker 5.2.2 CRP als prädiktiver Präeklampsie-Marker 5.2.3 Leptin als prädiktiver Präeklampsie-Marker 5.2.4 PAPP-A und Leptin als kombinierte prädiktive Präeklampsie-Marker 5.2.5 Gravidität, Parität und Medikamenteneinnahme als prädiktive Präeklampsie-Risiko-Marker 5.2.6 PAPP-A, CRP und Leptin als prädiktive Marker für weitere HPD 5.2.7 PAPP-A-, CRP- und Leptin in Bezug auf das Rauchverhalten der Probandinnen 5.3 Ausblick für Forschung und Praxis 6 Zusammenfassung 7 Literaturverzeichnis 8 Anlagenverzeichnis 8.1 Abbildungsverzeichnis 8.2 Tabellenverzeichnis Eigenständigkeitserklärung Lebenslauf Publikationen Danksagung

Die Lipodystrophie ist eine sehr seltene Erkrankung, welche charakterisiert ist durch einen Mangel an subkutanem Fettgewebe sowie schwere metabolische Komplikationen. Durch fehlende subkutane Speicher werden überschüssige Kalorien als Fett in Leber und Muskelgewebe gespeichert. Betroffene zeigen gehäuft Insulinresistenz, Diabetes mellitus, PCOS, Infertilität, Hypertriglyzeridämie, Xanthome, Pankreatitis, Steatosis hepatis, Leberzirrhose, Atherosklerose und premature koronare Herzkrankheit sowie Apoplex. Die Komorbiditäten der Lipodystrophie führen zu einer erhöhten Mortalität. Aufgrund der Seltenheit der Erkrankung, ihrer Komplexität und einem variablen chronischen Verlauf ist in der Praxis zur Diagnosefindung eine entsprechende Expertise notwendig. Die klinische Klassifikation der Lipodystrophien erfolgt anhand von Vererbbarkeit und Ausmaß des Fettgewebsverlustes. Es werden erbliche und erworbene Formen unterschieden, die wiederum jeweils in generalisierte und partielle Lipodystrophien subklassifiziert werden. Aufgrund des Fettgewebsverlustes sind die Leptin-Konzentrationen im Serum bei Patienten mit Lipodystrophie signifikant erniedrigt. Interessanterweise korreliert das Ausmaß an Leptin-Mangel mit der Ausprägung der metabolischen Komplikationen. Außerdem weisen Lipodystrophie-Patienten häufig eine Hyperphagie auf, welche durch den Leptin-Mangel mitbedingt ist. Seit wenigen Jahren ist der Ausgleich des Leptin-Mangels durch Gabe des rekombinanten Leptin-Analogons Metreleptin (Handelsname: Myalepta®) möglich. Eine Metreleptin-Therapie beeinflusst bei Patienten mit Lipodystrophie die metabolischen Komplikationen wie die Insulinresistenz und Hypertriglyzeridämie positiv, wobei insbesondere Patienten mit generalisierter Lipodystrophie profitieren. Der Einfluss von Metreleptin auf Hunger und Sättigung bei Lipodystrophie wurde dagegen nur unzureichend untersucht. In einer Studie mit neun Teilnehmern wurde 2016 durch Schlögl und Mitarbeiter die Metreleptin-Substitution von Lipodystrophie-Patienten über 52 Wochen beobachtet und diese behavioral charakterisiert. In dieser Studie, bei welcher die Promovierende Co-Autorin war, durchliefen alle Patienten eine funktionelle Magnetresonanztomografie-Untersuchung. Metreleptin reduzierte signifikant den Hunger in nüchternem Zustand und steigerte die Sättigung postprandial. Die subjektiv beurteilte Appetitlichkeit von Essensbildern nahm unter Metreleptin-Gabe ab. In den funktionellen Magnetresonanztomografie-Daten zeigte sich eine Zunahme der Konnektivität in Hypothalamus, Inselrinde/ superiorem temporalem Gyrus und medialem präfrontalem Kortex. Anhaltende, über das erste Therapiejahr hinausgehende Effekte wurden jedoch nicht untersucht und waren nun Gegenstand der vorliegenden Dissertation. Die Haupthypothese der vorliegenden Arbeit war, dass die über 52 Wochen beobachtete Normalisierung des Essverhaltens auch nach >150 Wochen Metreleptin-Therapie nachweisbar ist. Im Rahmen der Dissertation wurden fünf (davon alle weiblich) der anfänglich neun Lipodystrophie-Patienten (davon sieben weiblich, zwei männlich) eingeschlossen. Diese fünf Patienten wurden vor (Ausgangswert) sowie >150 Wochen nach (Langzeitwert) Beginn der Metreleptin-Behandlung charakterisiert. Alle Lipodystrophie-Patienten konsumierten am Testtag um 17 Uhr eine standardisierte Mahlzeit, welche 20 % des täglichen Energiebedarfs des jeweiligen Patienten abdeckte. Subjektiv an einer visuellen Analogskala beurteilte Hungergefühle (Mittelwert±Standardfehler) 120 Minuten nach der Mahlzeit nahmen unter Metreleptin-Therapie signifikant von 46±10 mm (Ausgangswert) auf 17±6 mm (Langzeitwert) ab (p<0.05). Die Sättigung 5 Minuten nach der Mahlzeit nahm signifikant von 70±7 mm auf 87±3 mm zu (p<0.05). Ein ähnliches Ergebnis wurde 120 Minuten nach der Mahlzeit erhoben. Hier nahm die Sättigung signifikant von 43±10 mm auf 79±8 mm zu (p<0.05). Im Fragebogen zum Essverhalten verminderte sich unter Metreleptin-Therapie der Mittelwert des Faktor 3 (Hunger) signifikant von 9,2±0,2 auf 2,6±1,5 (p<0.05). Im Inventar zum Essverhalten und Gewichtsproblemen verminderte sich der Mittelwert für Skala 2 (Stärke und Auslösbarkeit des Essbedürfnisses) von 31,6±4,8 auf 14,0±2,1 (p<0.05) und für Skala 7 (Zügelung des Essens) von 11,4±2 auf 10,0±1,9 (p<0.05). Mit diesen Untersuchungen wurde erstmals nachgewiesen, dass eine Metreleptin-Langzeitbehandlung auch noch nach >150 Wochen signifikante und reproduzierbare Effekte auf das Essverhalten hat, mit reduziertem Hunger sowie verbesserter Sättigung. In weiterführenden Studien muss untersucht werden, welche klinischen und laborchemischen Marker ein besonders gutes Ansprechen auf die Metreleptin-Therapie von Lipodystrophie-Patienten vorhersagen. Diese Untersuchungen sind nicht zuletzt aufgrund der hohen Kosten von Metreleptin notwendig.

All cells and organisms consume energy for survival. A robust system has evolved in vertebrates to serve as an energy reservoir. In particular, specialized cells, adipocytes, are responsible for the dynamic storage of energy by accumulating and releasing fatty acids. Fluctuating energy demands require adipose tissue to adjust in size, however complications can arise in both extremes giving rise to systemic diseases, such as obesity and diabetes mellitus (T2D). In mammals, leptin production in adipocytes is up-regulated by feeding and insulin to provide long-term post-prandial satiety. Although this regulatory connection is central to all physiological effects of leptin, the molecular mechanism remains unknown for leptin production. Here, we show that the transcription factor Egr1 is rapidly but transiently induced by insulin in adipose cells both in vitro and in vivo in a mTORC1-dependent fashion. Induction of Egr1 was immediately followed by an increase in leptin transcription. Chromatin immunoprecipitation and luciferase assays demonstrate that Egr1 directly binds to and activates the leptin promoter. Interestingly, the lipid droplet protein Fat specific protein 27 (FSP27) may work as a co-factor for Egr1 in regulating leptin expression. By using siRNA-mediated knock out of Egr1 along with its over-expression in adipocytes, we demonstrate that Egr1 is both necessary and sufficient for the stimulatory effect of insulin on leptin transcription. Knockout of the mTORC1-regulated translation repressor 4EBP1/2 increases leptin transcription both in vitro and in vivo. Adipose specific doxycycline-inducible constitutively active Rheb transgenic mouse lines contained higher circulating leptin and transcription of leptin following doxycycline treatment and were able to maintain elevated leptin levels following a 16 hour fast. Thus, insulin and nutrients, such as amino acids and glucose, activate leptin expression via the mTORC1-Egr1 regulatory axis.

There is a lot of factors which has impact on quality of bovine meat. The aim of this thesis was to examine correlations between chosen SNPs in leptin gene and specific hormones and metabolites, which have influence on the meat quality and also complete health condition of beef. There were 99 bulls of Czech Fleckvieh cattle used for this study. The examined parameters were insulin, glucose, cholesterol, triacylglycerol, non-esterified fatty acids and betahydroxybutiric acid. There was shown no statistically signifiant correlation between leptin gene polymorfisms and observed parameters. Only proved correlation was between leptin and cholesterol and glucose. There is lot of other factors involved in changes of amount of these substances though.

This review details the manner in which the central nervous system regulates metabolic homeostasis in normal weight and obese rodents and humans. It includes a review of the homeostatic contributions of neurons located in the hypothalamus, the midbrain and limbic structures, the pons and the medullary area postrema, nucleus tractus solitarius, and vagus nucleus, and details how these brain regions respond to circulating levels of orexigenic hormones, such as ghrelin, and anorexigenic hormones, such as glucagon-like peptide 1 and leptin. It provides an insight as to how high intensity exercise may improve homeostatic control in overweight and obese subjects. Finally, it provides suggestions as to how further progress can be made in controlling the current pandemic of obesity and diabetes.

Leptin is the prototypical adipokine that circulates in direct proportion to whole body adiposity. As such, serum leptin levels decrease when white adipose tissue depletes by calorie restriction whereas they increase as white adipose tissue expands by overnutri-tion. At both sides of the spectrum, i.e. too little and too much leptin, the adipokine con-tributes to vascular complications such as atherosclerosis and reproductive dysfunction. Mice that lack both leptin and the low density lipoprotein receptor (LDLR−/−;ob/ob) are an ideal model to study atherosclerosis as they present with atherosclerotic plaques in the aortic root and brachiocephalic artery. In this thesis, dose-dependent effects of re-combinant leptin administration from the subphysiological to physiological range on atherosclerotic plaque formation and fertility was studied in LDLR−/−;ob/ob mice. Lep-tin dose-dependently reduced plaque lesions and improved Leydig cell function and spermatogenesis. The effect of leptin treatment on atherosclerotic plaques was inde-pendently and significantly associated with improvements in lipid homeostasis and liver steatosis, as well as increased adiponectin. The beneficial effects of leptin treatment on several measures of fertility such as intratesticular testosterone, circulating follicle stim-ulating hormone, and seminiferous tubule morphology appeared to be direct and body weight-independent. Besides genetic leptin-deficiency, lipodystrophy (LD) patients and lipodystrophic mice were studied. LD is a leptin-deficient condition caused by the lack of subcutaneous white adipocytes leading to several metabolic complications including severe insulin resistance and hypertriglyceridemia. The effects of adipose tissue loss in LD on the adipokines chemerin, progranulin, and fibroblast growth factor 21 have not been investigated so far. Circulating levels of these three adipokines were all increased in LD patients as compared to weight- and age-matched controls. Furthermore, none of these adipokines was significantly regulated in 10 LD patients by leptin treatment over 6 months. In a mouse model of generalized LD, increased expression of these adipokines was found in various adipose tissue depots at the mRNA level providing first preliminary evidence as to the source of higher circulating levels in LD patients. Collec-tively, the findings of this thesis show for the first time dose-dependent beneficial ef-fects of leptin on atherosclerosis and reproductive function and provide new information about the association of LD with changes in various adipokines that have an established impact on metabolic function.

京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(医学) / 甲第19171号 / 医博第4013号 / 新制||医||1010(附属図書館) / 32163 / 京都大学大学院医学研究科医学専攻 / (主査)教授 川口 義弥, 教授 柳田 素子, 教授 横出 正之 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Medical Science / Kyoto University / DFAM