Tilapia are freshwater fish that have become important in aquaculture and as a stable global source of seafood due to their ability to thrive in different environments. However, tilapia are sometimes considered nutritionally undesirable due to their high n-6 to n-3 fatty acid ratios. A market study was conducted first to determine fatty acid compositions in tilapia fillets in different US markets. Then a research was conducted to enhance nutritional value of tilapia by improving the n-3 and oleic acid contents in fish fillets without compromising fish growth or feed conversion ratios. Feeds were formulated with combinations of high and low n-6, n-3, and oleic acid levels using soybean oil, fish oil, algae oil, and high-oleic sunflower oil. Then 12 diets, including a commercial diet, were assigned to 24 tanks, each with 25 tilapia per tank. A Recirculating Aquaculture System (RAS) was used to grow the fish for 8 weeks. Fatty acid compositions of tilapia fillets were determined and samples were vacuum packed and stored at -10oC and -20oC to test oxidative degradation and fatty acid compositional changes. The market survey data showed that there were significant differences in fatty acid composition, lipid content, and n-6:n-3 fatty acid ratios depending on the country of origin. Samples from USA had ideal n-6:n-3 ratios (1.3 ±0.85) while samples from Southeast Asia had higher n-6:n-3 fatty acids ratio (6.6 ±0.54). Algae oil incorporation significantly increased DHA level while fish oil incorporation significantly increased both EPA and DPA. High-oleic sunflower oil based diets improved oleic acid levels and reduced linoleic acid compared to the soybean oil based diets. Sensory evaluation indicated that lipid source did not significantly impact preference or overall fillet quality, including texture. Interestingly, a survey showed people were interested in value-added tilapia, and would pay up to 30% more for nutritionally enhanced fish compared to the $5.00/lb fresh fillet price currently available in supermarkets. There was no observable oxidation during long term frozen storage. The oxidation study proved that value-addition would not be compromised during the long term storage conditions, even under temperature abuse. It is possible to improve tilapia nutritional quality through diet to provide consumers with value-added products that maintain quality during frozen storage. / Ph. D.

No / Background: Skin cancer is a major public health concern, and the majority of cases are caused by solar ultraviolet radiation (UVR) exposure, which suppresses skin immunity. Omega-3 (n−3) PUFAs protect against photoimmunosuppression and skin cancer in mice, but the impact in humans is unknown. Objectives: We hypothesized that EPA-rich n−3 PUFA would abrogate photoimmunosuppression in humans. Therefore, a nutritional study was performed to assess the effect on UVR suppression of cutaneous cell-mediated immunity (CMI) reflected by nickel contact hypersensitivity (CHS). Design: In a double-blind, randomized controlled study, 79 volunteers (nickel-allergic women, 22–60 y old, with phototype I or II) took 5 g n−3 PUFA–containing lipid (70% EPA plus 10% DHA) or a control lipid daily for 3 mo. After supplementation, nickel was applied to 3 skin sites preexposed on 3 consecutive days to 1.9, 3.8, or 7.6 J/cm2 of solar-simulated radiation (SSR) and to 3 unexposed control sites. Nickel CHS responses were quantified after 72 h and the percentage of immunosuppression by SSR was calculated. Erythrocyte [red blood cell (RBC)] EPA was measured by using gas chromatography. Results: SSR dose-related suppression of the nickel CHS response was observed in both groups. Photoimmunosuppression appeared less in the n−3 PUFA group than in the control group (not statistically significant [mean difference (95% CI): 6.9% (−2.1%, 15.9%)]). The difference was greatest at 3.8 J/cm2 SSR [mean difference: 11% (95% CI: 0.5%, 21.4%)]. Postsupplementation RBC EPA was 4-fold higher in the n−3 PUFA group than in the control group (mean difference: 2.69% (95% CI: 2.23%, 3.14%), which confirmed the EPA bioavailability. Conclusion: Oral n−3 PUFAs appear to abrogate photoimmunosuppression in human skin, providing additional support for their chemopreventive role; verification of study findings is required.

Polyunsaturated fatty acids (PUFA) have been used with some success in the treatment of canine atopic dermatitis (CAD). Correspondent in vitro studies revealed that PUFA play a crucial role in the exocytosis of mast cells. n3 PUFA such as α-linolenic acid (LNA), eicosapentaenoic acid (EPA), docosahexaenoic acid (DHA), as well as the n6 PUFA linoleic acid (LA) have been shown to arrest the secretion of inflammatory mediators. Contrary, the n-6 PUFA arachidonic acid (AA) has been proven to promote the production of mast cell inflammatory mediators. However, we are still lacking a complete picture of the mode of action. The goal of this work was to further characterize the modulatory effects of PUFA supplementation on the plasma membrane lipid composition of mast cells. Furthermore the consequences of a membrane modulation of mast cells by PUFA on the localization and activity on of the membrane bound enzyme phospholipases D (PLD) were investigated. Canine mastocytoma cells (C2) were supplemented with one of the following PUFA: LNA, EPA, DHA, LA or AA. To investigate the influence of PUFA on the lipid composition of membrane microdomains, lipid rafts were separated from non-raft plasma membranes of mast cells for the first time using a detergent-free isolation technique. Results show that PUFA are significantly increased in rafts as well as in non-rafts microdomains (Publication 1). The incorporation of PUFA into the membrane goes along with an increase of the unsaturation status and the fluidity of the membrane. This rise in membrane fluidity may result in a reorganization of membrane signaling molecules and enzymes such as the PLD. To define the impact of a PUFA supplementation on PLD trafficking, C2 were transfected with green fluorescent protein (GFP) fusion plasmids encoding PLD1 or PLD2. Since the transfection ability of the suspension cell line C2 is limited, a special transfection protocol was established, suitable for non-adherent cell lines. Transfection succeeded using chicken egg white as coating material for the cell culture plates. The transfection efficiency rose to 50% versus 5% in uncoated plates. In addition to the obvious increase in the transfection efficiency, the new technique is simple and economic and might be suitable for a wide range of suspension cell lines (Publication 2). Using this optimized protocol the influence of PUFA on the trafficking of PLD isoforms was studied. LNA, EPA, DHA and LA but not AA prevented the stimulation-induced translocation of PLD1 to the plasma membrane. Since the translocation of PLD1 is important for mast cell exocytosis, LNA, EPA, DHA and LA do have an inhibiting effect on the stimulation-induced release of pro-inflammatory mediators. All PUFA tested boosted the total PLD activity. In order to rule out, which PLD isoform was affected by the PUFA, the mast cells were supplemented with DHA or AA in the presence of specific PLD isoform inhibitors. DHA completely abolished the inhibitiory effect of the PLD1 inhibitor but had no effect on the inhibitory effect of PLD2 inhibitor. On the other hand, AA suppressed the inhibitory effect of both PLD1 and PLD2 inhibitor (Publication 3). Taking together, the studies provide a mechanistic base for the role of PUFA in the exocytosis processes of mast cells. PUFA of the n3 and the n6 families impact the lipid composition of membrane microdomains, which in turn lead to a modulation of the physiochemical properties of the membrane. LNA, EPA, DHA and LA suppress the release of inflammatory mediators through their inhibitory action on the stimulation-induced translocation of the PLD1. Contrariwise, AA permits the stimulation-induced migration of PLD1 to the plasma membrane and increases the activity of both PLD isoforms. Therefore, LNA, EPA, DHA and LA but not AA inhibit the release of mast cell inflammatory mediators upon stimulation. / Mehrfach ungesättigte Fettsäuren (PUFA) können mit einigem Erfolg zur Behandlung der caninen atopischen Dermatitis (CAD) eingesetzt werden. In vitro-Studien zeigten, dass PUFA eine entscheidende Rolle in der Exozytose von Mastzellen spielen. N-3-PUFA wie α-Linolensäure (LNA), Eicosapentaensäure (EPA), Docosahexaensäure (DHA) sowie die n-6-PUFA Linolsäure (LA) können die Sekretion von Entzündungsmediatoren vermindern. Arachidonsäure (AA) als n-6 mehrfach ungesättigte Fettsäure hingegen fördert die Entzündungsmediatoren-Freisetzung aus den Mastzellen. Eine vollständige Aufklärung der Wirkungsweise fehlt aber weiterhin. Das Ziel dieser Arbeit war eine weitergehende Charakterisierung der modulierenden Effekte einer PUFA-Supplementierung auf die Lipidzusammensetzung der Plasmamembran von Mastzellen. Darüber hinaus wurden die Auswirkungen von PUFA auf die Lokalisation und Aktivität des Membran-gebundenen Enzyms Phospholipase D (PLD) untersucht. Canine Mastozytom-Zellen (C2) wurden mit einer der folgenden PUFA kultiviert: LNA, EPA, DHA, LA oder AA. Um den Einfluss von PUFA auf die Lipidzusammensetzung der Membran-Mikrodomänen zu untersuchen, konnten sowohl Lipid Raft als auch Nicht-Raft Plasmamembran-Anteile von Mastzellen zum ersten Mal mittels einer Detergenzien-freien Isolationsmethode getrennt werden. Hervorzuheben ist, dass PUFA signifikant vermehrt in Raft- sowie in Nicht-Raft Membranmikrodomänen eingelagert werden (Publikation 1). Die Integration von PUFA in die Membran geht mit einer Steigerung der Doppelbindungsanzahl und der Fluidität der Membran einher. Diese Erhöhung der Membranfluidität kann zu einer Reorganisation von membranären Signalmolekülen und Enzymen wie der PLD führen. Um die Auswirkungen einer PUFA-Supplementierung auf den intrazellulären Transport der PLD in C2 zu bestimmen, wurden die Zellen mit PLD1- oder PLD2-codierenden grün fluoreszierenden Protein-(GFP-)Fusionsplasmiden transfiziert. Da die Transfektionsfähigkeit der Suspensions-Zelllinie C2 begrenzt ist, wurde ein für nicht-adhärente Zelllinien geeignetes Transfektionsprotokoll etabliert. Mit Hühnereiweiß als Beschichtungsmaterial für die Zellkultur-Platten stieg die Transfektionseffizienz auf 50% im Vergleich zu 5% bei unbeschichteten Platten. Neben der deutlichen Erhöhung der Transfektionseffizienz ist die neu etablierte Technik einfach durchzuführen sowie wirtschaftlich und kann für eine Vielzahl von Suspension-Zelllinien geeignet sein (Publikation 2). Unter Verwendung dieses optimierten Protokolls wurde der Einfluss von PUFA auf die Translokation der PLD-Isoformen untersucht. LNA, EPA, DHA und LA, nicht aber AA verhindern die stimulationsinduzierte Translokation der PLD1 an die Plasmamembran. Die Translokation der PLD1 ist wichtig für die Mastzell-Exozytose. LNA, EPA, DHA und LA haben hier eine hemmende Wirkung auf die stimulationsinduzierte Freisetzung von proinflammatorischen Mediatoren. Alle getesteten PUFA verstärken die Gesamt-PLD-Aktivität. Um zu unterscheiden, welche PLD-Isoform durch PUFA beeinflusst ist, wurden die Mastzellen mit DHA oder AA in Gegenwart von PLD-Isoform-Inhibitoren supplementiert. DHA hebt die inhibitorische Wirkung des PLD1-Inhibitors vollständig auf, zeigte aber keinen Einfluss auf die hemmende Wirkung des PLD2-Inhibitors. Andererseits unterdrückt AA die hemmende Wirkung des PLD1- als auch des PLD2-Inhibitors (Publikation 3). Zusammenfassend bietet die Studie eine mechanistische Basis für die Rolle von PUFA bei Exozytose-Prozessen von Mastzellen. PUFA der n-3- und n-6-Familie beeinflussen die Lipidzusammensetzung von membranären Mikrodomänen, was wiederum zu einer Modulation der physikalisch-chemischen Eigenschaften der Membran führt. LNA, EPA, DHA und LA verhindern die Freisetzung von Entzündungsmediatoren durch ihre hemmende Wirkung auf die stimulationsinduzierte Translokation der PLD1. Umgekehrt erlaubt AA eine stimulationsinduzierte Migration der PLD1 zur Plasmamembran und steigert die Aktivität der beiden Isoformen der PLD. Somit hemmen LNA, EPA, DHA und LA, aber nicht AA die Freisetzung von Mastzell-Entzündungsmediatoren nach Stimulation.

Snow algae as typical extremophiles are good model organisms for study of adaptation for life on the boundary of physiological possibilities. So far, it is not clear, how these microorganisms ensure on the molecular level the optimization of photosynthetic processes in conditions around 0 řC, often with very high light intensity. The aim of this work was to find out light and temperature growth optima of two less studied strains and to assess the composition of fatty acids in selected psychrophilic and psychrotrophic strains from the genera Chloromonas and Chlamydomonas (Chlamydomonadales, Chlorophyta) from culture collections UTEX and CCCryo and collections in Europe including the Czech Republic and Slovakia. Using crossed gradients method, this thesis describes optimal temperature and light conditions of two strains of snow algae isolated from sites in the Krkonoše Mountains that are characterized by different ecological conditions. The strain Chloromonas reticulata Luční originates from alpine zone and according to its growth characteristics, it can be classified as psychrotrophic alga requiring high light. The second tested strain was Chloromonas pichinchae Meandry from forest environment, which is also characterized as psychrotrophic, In contrast to previous strain, it grows in a wide range of...

No description available.

Einleitung: Osteoarthrose (OA) ist eine der häufigsten muskuloskelettalen Erkrankungen beim Hund und wird definiert durch einen fortschreitenden Verlust der Knorpelschicht auf den Gelenksflächen. Therapeutika erster Wahl, wie nichtsteroidale Antiphlogistika, wirken rein palliativ und haben insbesondere bei der Langzeitgabe schädliche Nebenwirkungen. Bei der Suche nach Alternativen rückten Ergänzungsfuttermittel in den Focus der Forschung. Dabei zeigten mehreren Studien, dass eine Fütterung von Fischöl die klinischen Symptome von OA bei Hunden verbessert. Der dahinterliegende Wirkmechanismus ist jedoch beim Hund nicht erforscht. Ziele der Untersuchungen: Ziel dieser Studie war demnach, den genauen Wirkmechanismus von mehrfach ungesättigten Fettsäuren (PUFA) auf ausgewählte Schlüsselfaktoren der Knorpeldegeneration in einem Modellsystem der caninen OA zu untersuchen. Material und Methoden: Wir etablierten ein Protokoll zur Isolierung von caninen Chondrozyten, kultivierten die Zellen erfolgreich bis zur Konfluenz und kryokonservierten sie für die weiteren Versuche. Um die Ansprechbarkeit der Zellen auf verschiedene Zytokine zu untersuchen, wurden die Zellen über 24 h mit 10 ng/ml Interleukin‑1β (IL‑1β) und mit 1 bis 10 ng/ml Transforming Growth Faktor‑β (TGF‑β) stimuliert und die Genexpression von Matrixproteinasen, induzierbarer Stickstoffmonoxid Synthase (iNOS) und Cyclooxygenase‑2 (COX‑2) sowie die Produktion von Stickstoffmonoxid (NO) und Prostaglandin E (PGE) gemessen (4 Spender, N=3). Auf Basis des etablierten Models wurden in einer zweiten Versuchsreihe die Zellen über 6 Tage mit n-3 Eicosapentaensäure (EPA), n-3 Docosahexaensäure (DHA) oder n-6 Arachidonsäure (AA) kultiviert und anschließend über 48 h mit IL‑1β stimuliert. Die Veränderung der IL‑induzierte Genexpression von Matrixproteinasen, iNOS und COX‑2 sowie die Produktion von PGE und NO unter Einfluss der Fettsäuren wurde analysiert (6 Spender, N=4). Darüber hinaus wurde die Fettsäureaufnahme und der Fettsäuremetabolismus via Gaschromatographie überprüft. Um die Wirkungen der Fettsäuren und Stimulantien zu verifizieren, wurden die Daten einer zweifachen Varianzanalyse (AV) unterzogen. Bei signifikanten Einflüssen der Faktoren folgte ein Post-hoc-Test (Dunnett’s Test für die PUFA bzw. ein Bonferroni Test für die Stimulanzien). Die Signifikanzniveaus für AV- und die Post-hoc Tests wurden auf α = 0,01 eingestellt. Ergebnisse: Unter der Stimulation mit IL‑1β kam es zu einem signifikanten Anstieg von degenerativen und entzündlichen Markern. Das Muster der Marker entsprach dabei dem Muster, welches unter natürlichen Bedingungen in erkrankten Gelenken vorzufinden ist. Somit haben wir ein simples und dennoch repräsentatives Modell für die canine OA etabliert. Im Gegensatz zu IL‑1β reduzierte TGF‑β konzentrationsabhängig signifikant den von IL‑1β induzierten Anstieg der inflammatorischen Marker und stellt sich somit als Gegenspieler zu diesem proinflammatorischen Zytokin dar. Die gegensätzliche Antwort der Zellen auf beide Zytokine bewies, dass die Chondrozyten in unserem Modell Charakteristika von differenzierten Zellen aufweisen. Alle Fettsäuren wurden konzentrationsabhängig in die Zellen aufgenommen und metabolisiert. EPA reduzierte die IL‑induzierte Expression von iNOS und die damit im Zusammenhang stehende Produktion von NO signifikant. AA reduzierte ebenfalls iNOS und NO und außerdem die Expression von Matrixmetalloproteinase‑3 signifikant. Auf der anderen Seite steigerte AA signifikant die Produktion von PGE und die Expression von Aggrecanase ADAMTS‑5. DHA hatte auf keinen der untersuchten Marker einen Effekt. Schlussfolgerungen: Zusammenfassend bestätigen die Ergebnisse dieser Studie die in Fütterungsversuchen dokumentierte positive Wirkung von n-3 PUFAs bei der caninen OA und bieten zudem eine Erklärung für die dahinterliegenden Mechanismen. Hervorzuheben ist, dass in dieser Studie nicht nur EPA, sondern auch AA eine positive Wirkung auf einzelne Marker erzielen. EPA scheint von allen untersuchten Fettsäuren die höchste Effektivität zu haben. Eine geringe Dosis an Fettsäuren über einen längeren Zeitraum führte nicht zu einer Akkumulation der Fettsäuren und hatte daher auf einige untersuchte Marker nur eine geringe Wirkung. Insgesamt lässt sich schlussfolgern, dass eine ausreichende Menge und ausgewogenes Verhältnis von n‑3 und n‑6 PUFA als unterstützende Therapie bei chronischen Gelenkserkrankungen beim Hund von großer Wichtigkeit ist. Besonders ein hoher Gehalt an EPA scheint dabei eine hohe Bedeutung für die Effektivität zu haben.:INHALTSVERZEICHNIS 1 Einleitung 1 2 Literaturübersicht 3 2.1 Physiologie und Anatomie des hyalinen Knorpels 3 2.1.1 Feinstruktur des Gewebes 3 2.1.2 Bedeutung der Chondrozyten 4 2.1.3 Aufbau der Extrazellulären Matrix (ECM) 5 2.2 Osteoarthrose (OA) 6 2.2.1 Pathogenese 6 2.2.1.1 Kausale Pathogenese 6 2.2.1.2 Formale Pathogenese 7 2.2.2 Die Rolle der Zytokine 9 2.2.2.1 Interleukin-1β (IL-1β) 9 2.2.2.2 Transforming Growth Factor-β (TGF-β) 10 2.2.3 Rolle der Matrixproteinasen MMP und ADAMTS 12 2.2.4 Rolle der Entzündungsmediatoren 14 2.2.4.1 Stickstoffmonoxid (NO) 14 2.2.4.2 Prostaglandin E2 (PGE2) 15 2.3 Zellkulturmodelle für OA 16 2.4 Die canine OA 17 2.4.1 Ätiologie und Diagnose 17 2.4.2 Therapieansätze in der caninen OA 18 2.5 Mehrfach ungesättigte Fettsäuren (PUFAs) als Ergänzungsfuttermittel 20 2.5.1 Grundlagen des Fettsäurestoffwechsels 20 2.5.2 Fettsäurestoffwechsel im Knorpelgewebe 21 2.5.3 n-3 PUFAs als Therapieoption bei caniner OA 22 3 Ziel der Arbeit 25 4 Ergebnisse 26 4.1 Publikation 1 26 4.2 Publikation 2 36 5 Diskussion 47 5.1 Isolation und Anzucht von caninen Chondrozyten 47 5.2 IL-stimulierte canine Chondrozyten als Osteoarthrosemodell 51 5.3 TGF‑β als Gegenspieler von IL-1β 52 5.4 Fettsäuremetabolismus der Chondrozyten 54 5.5 Fettsäuren als Therapieoption bei der caninen OA 59 6 Schlussfolgerung 65 7 Zusammenfassung 66 8 Summary 68 9 Literaturverzeichnis 70 10 Danksagung 90 / Introduction: Osteoarthrosis (OA) is one of the most common musculoskeletal diseases in dogs and is defined by the progressive loss of the protective joint cartilage layer. First-choice treatments, like nonsteroidal anti-inflammatory drugs, act palliative only and are known to have harmful side effects especially in long-term usage. The urge to find alternative treatments moved nutraceuticals into the focus of research. In multiple trials, feeding fish oil improved the clinical symptoms of osteoarthritis in dogs. However, the underlying molecular mechanisms have not been investigated in dogs. Aim of the Study: The aim of this study was therefore to further clarify how polyunsaturated fatty acids affect key factors of cartilage degeneration in a cell culture model for canine OA. Materials and methods: We established a protocol for the isolation of canine chondrocytes, cultivated them successfully until confluency and cryoconservated them for further experiments. To examine the response of the cells to different cytokines, cells were stimulated for 24 h with 10 ng/ml Interleukin‑1β (IL‑1β) or 1 to 10 ng/ml Transforming Growth Factor‑β (TGF‑β). The gene expression of matrix proteinases, inducible nitric oxide synthase (iNOS) and cyclooxygenase‑2 (COX‑2), the production of nitric oxide (NO) and prostaglandin E (PGE) were measured (4 donors, N=3). Using the established model, cells in the second trial were incubated with eicosapentaenoic acid (EPA), docosahexaenoic acid (DHA) and arachidonic acid (AA) for 6 days and subsequently stimulated with IL‑1β for another 48 h. The change in IL‑induced gene expression of matrix proteinases, iNOS and COX‑2 as well as the production of NO and PGE under the influence of n‑3 EPA, n‑3 DHA and n‑6 AA was analysed (6 donors, N=4). To verify the effects of the fatty acids and the stimulants, data were analysed with a two‑factorial analysis of variance (ANOVA). When there was a significant effect of the factors, a post-hoc test was performed (Dunnett’s test for PUFA, Bonferroni test for stimulants). Significance level for ANOVA- and the post hoc test was set at α = 0.01. Results: Stimulation with IL-1β led to a significant increase of degenerative and inflammatory markers. This pattern of responsiveness was comparable to the events in naturally occurring OA. We therefore have established a simple yet representative model for canine OA. In contrast to IL‑1β, TGF‑β significantly decreased the IL‑induced inflammatory markers in a dose-dependent manner and therefore could counteract IL‑1β. The response of the cells to the cytokines indicates, that in our model, the chondrocytes have characteristics of differentiated cells. All fatty acids were incorporated in a dose-dependent manner and metabolized. EPA decreased the IL-induced gene expression of iNOS and reduced the concomitant production of NO significantly. AA also decreased iNOS and NO significantly and downregulated the gene expression of matrix metalloproteinase‑3 significantly. On the other hand, AA significantly increased the production of PGE and the gene expression of the aggrecanase ADAMTS‑5. DHA had no effect on any of the markers. Conclusions: Taking together, the results of this study add further weight to the beneficial effect of n‑3 PUFAs in canine OA and furthermore provide an explanation for the underlying mechanism. It is of importance, that not only the n‑3 fatty acid EPA but also the n‑6 fatty acid AA could provide beneficial effects on several markers. EPA seems to be the most effective of all fatty acids included in this study. A low concentration of fatty acids over a long period of time did not lead to an accumulation of fatty acids and therefore had a rather small impact on some of the investigated markers. Therefore, an optimal ratio between n‑3 and n‑6 and the adequate amount of fatty acids seems to be of high importance when treating chronic degenerative joint disease in dogs. However, a high content of EPA seems to be particularly effective.:INHALTSVERZEICHNIS 1 Einleitung 1 2 Literaturübersicht 3 2.1 Physiologie und Anatomie des hyalinen Knorpels 3 2.1.1 Feinstruktur des Gewebes 3 2.1.2 Bedeutung der Chondrozyten 4 2.1.3 Aufbau der Extrazellulären Matrix (ECM) 5 2.2 Osteoarthrose (OA) 6 2.2.1 Pathogenese 6 2.2.1.1 Kausale Pathogenese 6 2.2.1.2 Formale Pathogenese 7 2.2.2 Die Rolle der Zytokine 9 2.2.2.1 Interleukin-1β (IL-1β) 9 2.2.2.2 Transforming Growth Factor-β (TGF-β) 10 2.2.3 Rolle der Matrixproteinasen MMP und ADAMTS 12 2.2.4 Rolle der Entzündungsmediatoren 14 2.2.4.1 Stickstoffmonoxid (NO) 14 2.2.4.2 Prostaglandin E2 (PGE2) 15 2.3 Zellkulturmodelle für OA 16 2.4 Die canine OA 17 2.4.1 Ätiologie und Diagnose 17 2.4.2 Therapieansätze in der caninen OA 18 2.5 Mehrfach ungesättigte Fettsäuren (PUFAs) als Ergänzungsfuttermittel 20 2.5.1 Grundlagen des Fettsäurestoffwechsels 20 2.5.2 Fettsäurestoffwechsel im Knorpelgewebe 21 2.5.3 n-3 PUFAs als Therapieoption bei caniner OA 22 3 Ziel der Arbeit 25 4 Ergebnisse 26 4.1 Publikation 1 26 4.2 Publikation 2 36 5 Diskussion 47 5.1 Isolation und Anzucht von caninen Chondrozyten 47 5.2 IL-stimulierte canine Chondrozyten als Osteoarthrosemodell 51 5.3 TGF‑β als Gegenspieler von IL-1β 52 5.4 Fettsäuremetabolismus der Chondrozyten 54 5.5 Fettsäuren als Therapieoption bei der caninen OA 59 6 Schlussfolgerung 65 7 Zusammenfassung 66 8 Summary 68 9 Literaturverzeichnis 70 10 Danksagung 90

Eggs enriched with omega-3 polyunsaturated fatty acids (PUFA), particularly the longer chain PUFA (LCPUFA, eicosapentaenoic acid (EPA) and docosahexaenoic acid (DHA)) can boost human consumption of these fatty acids implicated in human health. Alpha-linolenic acid (ALA) from plant seeds/oils, primarily serve as the source of omega-3 PUFA for hens, however, the scarcity of ALA-rich plants and the limited conversion of ALA to LCPUFA are challenges for egg enrichment. Two major experiments were conducted to determine potential factors regulating egg enrichment of omega-3 LCPUFA based on detailed assessment of PUFA profiles in different lipid pools of hen tissues. In experiment 1, supplementation of graded levels of hempseed products, provided ~ 0.1 to 1.3% of ALA in the diets. Experiment 2, investigated dietary supplementation of flaxseed oil (ALA-rich) and algal DHA (preformed LCPUFA), each providing similar graded levels of total omega-3 PUFA. Both ALA-containing models demonstrated a plateau in DHA enrichment of eggs at higher ALA intakes. ALA-containing diets led to high concentrations of ALA in the triacylglycerol (TAG) fraction of eggs and plasma, and the adipose tissue of flaxseed oil-fed hens. In total phospholipid (PL), particularly the phosphatidylethanolamine (PE), the levels of EPA and ALA in the yolk were linearly associated with those in the liver. In all tissues, DHA dominated the PE pool, exhibiting a plateau with a strong inverse correlation to the ratio of ALA to EPA in the liver, suggesting limited ALA availability for egg DHA enrichment. The use of algal DHA should therefore permit further accumulation of DHA in the total PL and TAG fractions of yolk. However, enrichment via preformed DHA (at 3.36% algal product) was also limited by hepatic PL resulting in more DHA and EPA being shunted to the adipose TAG, concurrent with elevated hepatic acyl-CoA synthetase (ACSL1) expression. As a function of total omega-3 PUFA intakes (regardless of source), similar levels of stearidonic acid (SDA) and particularly EPA accumulated in liver PE. Therefore, hepatic PL regulation, possibly aimed at maintaining EPA level, may potentially be limiting the amount of ALA accumulation in the same pool, hence limiting the endogenous synthesis of DHA and subsequent enrichment in eggs. / February 2017

Ever since the emergence of the hypothesis that linked the aetiology of schizophrenia with abnormal membrane phospholipids composition, an increasing number of evidences have suggested reduced membrane polyunsaturated fatty acids in patients with schizophrenia. This has led to a conduct of several studies to evaluate the efficacy of omega-3 fatty acid supplement in the modification of membrane phospholipids and treatment of schizophrenia. The two main omega-3 fatty acid classes, EPA and DHA, play a vital role in membranes. This project work reviews omega-3 fatty acid studies and summarizes their outcomes. Eight original articles (nine studies) were reviewed. Six out of nine studies measured RBC membrane fatty acids levels and all six studies reported a significant increase in EPA after EPA supplement. Two studies reported increased DHA post omega-3 fatty acid and DHA supplement, respectively. One study observed a dose-dependent increment in DHA after EPA supplement. Improved symptoms were observed in seven studies, while one study found a worsening of symptoms in patients with low baseline PUFA. Moreover, out of the six studies that evaluated the correlation between symptom change and membrane fatty acids change, three studies observed a correlation between increased EPA and symptom improvement. One study reported an increased AA associated with improved symptoms, in contrast to another study, which found a correlation between increased AA and worsened symptoms. The conclusion from this project work is that EPA supplement can increase the EPA levels in membranes; however, its therapeutic effect in schizophrenia requires further investigation using larger studies. / Ända sedan tillkomsten av hypotesen som länkade etiologin av schizofreni med onormala sammansättningar av membranfosfolipider, har bevis för nedsatt membranfettsyror hos patienter med schizofreni ökat. Detta har lett till genomförandet av flera studier för att utvärdera effekten av omega-3 supplement i modifieringen av membranfosfolipider och i behandling av schizofreni. De två viktigaste omega-3 klasserna, EPA och DHA, spelar en viktig roll i membran. Detta projektarbete granskar de omega-3 studierna och sammanfattar deras resultat. Åtta originalartiklar (nio studier) granskades. Sex av nio studier mätte nivåer av RBC membranfettsyror och alla sex studierna rapporterade en signifikant ökning av EPA efter EPA behandling. Två studier rapporterade ökad DHA efter omega-3 och DHA behandling, respektive. En studie observerade en dosberoende ökning i DHA efter EPA behandling. Förbättrade symtom observerades i sju studier, medan en studie fann en försämring av symtom hos patienter med låg baseline PUFA. Av de sex studier som utvärderade sambandet mellan symtomförändring och förändring i membranfettsyror, hittade två studier samband mellan ökad EPA och symtomförbättring. En studie rapporterade en ökad AA i samband med förbättrade symtom, i motsats till en annan studie, som fann ett samband mellan ökad AA och försämrade symtom. Slutsatsen från detta projektarbete är att EPA tillägg ökar nivåer av EPA i membranfosfolipider; men dess terapeutiska effekt vid schizofreni kräver ytterligare utredning med hjälp av större studier.

L’équilibre alimentaire entre les AGPI n-6 et les AGPI n-3 joue probablement un rôle important dans le fonctionnement du système nerveux central et notamment dans la régulation de la neurotransmission. Des études suggèrent qu’une déficience en AGPI n-3 renforcerait la sensibilité des individus à des agressions de type chronique, tel que le stress ou le vieillissement. Notre objectif était de caractériser l’impact des apports alimentaires en AGPI n-3 sur la réponse à un stress chronique. Pour cela, la régulation de paramètres biochimiques, comportementaux et électrophysiologiques par un stress chronique de contention a été évaluée chez le rat recevant différents apports alimentaires en AGPI n-3 (déficients en AGPI n-3 ; équilibrés ; enrichis en AGPI-LC n-3). L’influence des glucocorticoïdes (hormones impliquées dans la réponse au stress) et des AGPI sur des fonctions cellulaires participant à la transmission synaptique a été analysée in vitro par des mesures de libération de neurotransmetteurs sur la lignée neuroblastique SH_SY5Y et par l’analyse des propriétés régulatrices astrocytaires en culture primaire.Nos résultats montrent que, chez le rat, la réponse au stress est modulée par les apports alimentaires en AGPI n-3 : la déficience en AGPI n-3 accentue la sensibilité au stress, notamment la réduction de l’activité locomotrice et la sensibilité aux environnements anxiogènes ; à l’inverse, l’enrichissement en AGPI-LC n-3 atténue la réponse au stress chronique, en réduisant la perte de poids, le pic de corticostérone plasmatique et la réponse émotionnelle. Comme le suggèrent les résultats obtenus in vitro, ces effets sont liés à des régulations complexes par les AGPI et les glucocorticoïdes des paramètres de libération de neurotransmetteur, de la plasticité morphologique astrocytaire et de la capacité de capture du glutamate par les astrocytes. / Dietary balance between n-6 PUFA and n-3 PUFA probably plays a major role in the regulation of brain function. Some studies suggest that an n-3 PUFA deficiency exacerbates the sensitivity of individuals to emotional disturbances, such as chronic stress. The aim of our work was to determine the impact of n-3 PUFA dietary intakes on stress response. The regulation of biochemical, electrophysiological and behavioural parameters by chronic restraint stress has been evaluated in rats receiving different n-3 PUFA supplies (n-3 PUFA deficient, balanced, n-3 LC-PUFA enriched). In parallel, we have conduced an in vitro study to characterize the effects of glucocorticoids (one of the major hormone involved in stress response) and of PUFA on the release of neurotransmitter (in human neuroblastoma SH_SY5Y cells) and on several astrocytic properties involved in synaptic regulation (in primary culture of rat astrocytes). In rats, we have shown that stress response is modulated by the n-3 PUFA status: the n-3 PUFA deficiency exacerbated the sensibility to stress, by aggravating the reduction of locomotor activity and the sensibility to anxiogenic environment; conversely, the n-3 LC-PUFA enrichment reduced rat responses to chronic stress, by limiting the weight loss, the increase in plasma corticosterone and the emotional response. As suggested by the results obtained in vitro, these effects are linked to complex influences of PUFA and glucocorticoids on the release of neurotransmitter and on astroglial morphological plasticity and glutamate uptake capacity.

Obesity and associated metabolic disorders, called as "metabolic syndrome", currently represent a major social and economical problem of public health. From the energy balance point of view, long-lasting energy surplus leads eventually to massive accumulation of energy stores resulting in various adverse effects on metabolism and health. General goal of the thesis was to examine these metabolic disorders at cellular and whole-body level using suitable mouse models. The main focus was on the most metabolically active tissue, namely skeletal muscle, liver and adipose tissue and on the regulatory roles of AMP-activated protein kinase (AMPK) and leptin in the energy metabolism. The whole thesis is based on four published studies. Two studies were focused on skeletal muscle. In the first study, we proved the involvement of leptin and AMPK in the metabolic response to high-fat diet-feeding. We described a mechanism of muscle non- shivering thermogenesis based on enhanced lipid catabolism, which contributes to the genetically-determined resistance of inbred A/J mice to obesity. Such mechanism was not operating in obesity-prone C57BL/6 mice. In the second study, performed using C57BL/6 mice, we have described beneficial effect of combination treatment using n-3 polyunsaturated fatty acids (n-3 PUFA) of...