In einem Fütterungsversuch mit 15 weiblichen, genetisch identischen Zwillingspaaren wurde der anhaltende Effekt energetisch unterschiedlich konzentrierter Futterrationen auf Körper- und Blutmerkmale zwischen dem vierten und 21. Lebensmonat erfasst. Die gleichen Merkmale wurden an den Tieren auch während der Laktation erhoben, als die Tiere einheitlich gefüttert wurden. Zusätzlich wurde die Milchleistung untersucht. Während der Aufzucht wurden Körpergewicht, tägliche Gewichtszunahme, Rückenfettdicke und Widerristhöhe von der Fütterungsintensität signifikant beeinflusst. Körpergewicht und Rückenfettdicke zeigten vom siebenten bis 15. Lebensmonat die größten Unterschiede zwischen den Fütterungsgruppen. Im Gegensatz zum Körpergewicht, wurde der Fettansatz bis zum 21. Lebensmonat kaum gebremst. Für die Serumkonzentrationen von Insulin, Glukose und beta-Hydroybuttersäure und die Erythrozytenindizes MCV und MCH konnte ein signifikanter Fütterungseinfluss während der gesamten Aufzuchtphase nachgewiesen werden. Kortisol, Kreatinin, ASAT, GGT, GLDH, MCHC, Leukozytenzahl, Thrombozytenzahl reagierten auf den Fütterungsstimulus nur innerhalb bestimmter Altersabschnitte. Bis zum neunten Monat differierte der Insulinspiegel zwischen den Fütterungsgruppen kaum, ab dem 10. Lebensmonat aber sehr deutlich. Es kann daher ausgeschlossen werden, dass der Insulinspiegel im präpubertären Abschnitt die Entwicklung der späteren Milchleistung beeinflusste. Nach dem Abkalben war die intensiv gefütterte Gruppe stärkeren metabolischen Belastungen ausgesetzt und hatte eine geringere Milchleistung als die moderat gefütterte Gruppe. Offensichtlich wurde der Stoffwechsel durch die vorangegangene Fütterung geprägt, da der Fettansatz in der Intensivgruppe bei gleicher Fütterung früher einsetzte und auch intensiver erfolgte. Einige Kennwerte beim Jungtier korrelierten signifikant mit der späteren Milchleistung. Altersabhängige Veränderungen der Korrelationskoeffizienten weisen auf unterschiedlich sensible Phasen für die Prägung der späteren Milchleistung hin. / In a feeding trial with 15 pairs of genetically identical female twins, the effect of feeding intensity on body condition and blood parameters were investigated between the fourth and 21st month. The same traits were analysed on the cows during the first lactation when the animals were uniformly fed. In addition to these traits, the milk yield was investigated. During the rearing period; body weight, daily weight gain, back fat thickness, and withers height were significantly influenced by feeding. The largest differences between the feeding groups in body weight and back fat thickness were seen between the ages of seventh to 15th months. In contrast to body weight, back fat thickness hardly exceeded the 21st month between the groups. The serum concentrations of insulin, glucose, beta-Hydroxybutyric acid, and the erythrocyte indices MCV and MCH showed a significant feeding effect throughout the growing period. Cortisol, creatinine, Aspartate transaminase (AST), y-glutamyltransferase (GGT), Glutamate dehydrogenase (GDH), mean corpuscular hemoglobin concentration (MCHC), white blood cells (WBC) and platelet responded to the feeding stimulus only within certain ages. At age nine months, insulin levels were barely differed between the feeding groups but were distinct as from the 10th month. It can therefore be concluded that insulin levels at the pre-pubertal development affects the subsequent milk yield. After calving, the intensively fed group had more metabolic stress and had a lower milk yield than the moderately fed group. Obviously, the metabolism was programmed in the previous feeding period. There was an early onset and a more intensive fat deposition in the intensive group though; they had the same feeding level. Some traits in young animals were significantly correlated with subsequent milk yield. Age-dependent changes in the correlation coefficients suggest the fact that differences in sensible juvenile phases in traits could contribute to milk yield later.

Die Entstehung von Tumoren und damit einhergehenden Veränderungen wurden insbesondere im letzten Jahrzehnt kontrovers diskutiert. Bisher standen nur wenige Datensätze mit ausreichender Datendichte zur Verfügung um eine umfassende Untersuchung der Regulation des Stoffwechsels durchzuführen. Die in dieser Arbeit zusammengefassten Projekte adressieren verschiedene Aspekte der Stoffwechselregulation und beschreiben die Verknüpfung von Zellkulturexperimenten mit innovativen Hochdurchsatz-Technologien, komplexer Datenanalyse und Computer-basierter Modellierung zur Bestimmung der Stoffwechselflüsse in eukaryotischen Zellen. Die Kombination von GC-MS und LC-MS basierten Technologien ermöglicht die quantitative Analyse des zentralen Kohlenstoffwechsels. Markierungsexperimente mit stabilen Isotopen (pSIRM) erlauben die dynamische Analyse der Stoffwechselaktivität. In verschiedenen Projekten wurden das Proteom und Metabolom von Krebszellen, humanen Stammzellen (hESCs), induzierten pluripotenten Stammzellen (iPS) und deren dazugehörigen differenzierten Vorläufer- oder Nachfolgerzellen bestimmt. Die multivariate, statistische Analyse der Daten ermöglichte die Differenzierung verschiedener Zelltypen basierend auf der Kombination aller quantitativ bestimmten Daten. Quantitative Bestimmungen der Poolgrössen, Isotopeninkorporationen, sowie der extrazellulären Raten in neuronalen, pluripotenten Vorläuferzellen (Luhmes d0) und Neuronen (Luhmes d6) ermöglichte die Bestimmung der Stoffwechselflusskarte beider Zelltypen unter Verwendung der instationären metabolischenen Flussanalyse (INST-MFA). Die Etablierung einer Qualitätskontrolle für GC-MS basierte Daten (MTXQC), sowie die Zuordnung der GC-MS Fragmente zur Molekülstruktur, ermöglichten den Ausbau des Netzwerkes des zentralen Kohlenstoffwechsels und die Implementierung der Daten für die metabolische Flussanalyse. / Metabolic reprogramming of the central carbon metabolism (CCM) is highly debated during the last decade. It describes the rearrangement of nutrient consumption for providing energy and building blocks for cellular proliferation and maintenance. So far, only sparse data are available for an in-depth analysis of metabolic reprogramming events. The herein summarised projects address metabolic programming from different perspectives and show the implementation of cell culture experiments, cutting-edge high-throughput technologies, bioinformatics, and computational modelling into one workflow providing the determination of metabolic flux maps of mammalian cells. The combination of GC-MS and LC-MS-based methodologies enable the quantitative analysis of proteins and metabolites of the CCM. Pulsed stable isotope-resolved metabolomics (pSIRM) experiments allow monitoring the fate of nutrients within the network of the CCM. The time-dependent and position-specific incorporation of carbon-13 leads to an indirect measurement of the metabolic flux, the only one functional readout of a cell. High-throughput technologies were applied in four projects to gain insights in metabolic reprogramming in cancer cell lines, human embryonic stem cells (hESCs), induced pluripotent stem (iPS) cells and their derived fibroblasts. A global principal component analysis demonstrated the discrimination of phenotypes by different classes of quantitative data. The comparison of metabolic and protein levels confirms the presence of the Warburg effect in both cell types. Though, the executing enzymes vary regarding their isoenzyme identity and expression levels. Methodological improvements provided the implementation of GC-MS derived data for INST-MFA. The mapping of GC-MS derived fragments to the molecule structure enables an extension of the CCM network. Robustness of the input data has been improved by the development of a R-scripting based quality control tool (MTXQC).