Hypertonie ist die häufigste adipositas-assoziierte Erkrankung. Das vermehrt vorhandene Fettgewebe könnte von pathophysiologischer Bedeutung sein, da es eine Reihe von Substanzen sezerniert, die die Blutdruckregulation beeinflussen. Hinweise auf eine Rolle des adipocytären Renin-Angiotensin Systems für die Hypertonie ergeben sich aus der Assoziation von Adipositas und einer gesteigerten systemischen Aktivität des Renin-Angiotensin Systems, sowie aus dem Nachweis im Tiermodell, dass adipocytär gebildetes Angiotensinogen in die systemische Zirkulation gelangt. In der vorliegenden Untersuchung wurden 12 schlanke Normotonikerinnen, 8 adipöse Normotonikerinnen und 10 adipöse Hypertonikerinnen charakterisiert und die adipocytäre Genexpression des Renin-Angiotensin Systems untersucht. Adipocyten wurden mittels Nadelbiopsie und Kollagenaseverdau gewonnen, die Genexpression wurde durch real-time RT-PCR bestimmt. Der Vergleich der drei Gruppen zeigt, dass Adipositas mit einer Reduktion der Angiotensinogen-Expression einhergeht, die adipositas-assoziierte Hypertonie mit einer gesteigerten Expression von Renin, Angiotensin-Converting-Enzyme und Angiotensin II-Typ 1-Rezeptor. Dies führt zu der Hypothese, dass im Fettgewebe adipöser Hypertoniker vermehrt Angiotensin II gebildet wird und könnte den positiven Einfluß von ACE-Hemmern auf die Insulinresistenz und die Verringerung der Neuerkrankungsrate an Diabetes mellitus Typ 2 erklären. / Adipose tissue secretes vasoactive substances which may contribute to the development of obesity-related hypertension. We aimed to study the differential expression of renin-angiotensin system genes in subcutaneous abdominal adipocytes of 12 lean normotensive, 8 obese normotensive, and 10 obese hypertensive women in a cross-sectional study. 24h ambulatory blood pressure measurement, clinical chemistry, and anthropometry were used to characterize the volunteers. Adipocytes were obtained by abdominal subcutaneous needle biopsy and collagenase digestion. Gene expression was studied by quantitative real time RT-PCR. While expression of the angiotensinogen gene was significantly lower in adipocytes from both obese groups, the renin, angiotensin-converting enzyme and angiotensin II-type 1-receptor genes were significantly upregulated in obese hypertensives. In conclusion, renin-angiotensin system genes are differentially regulated in human obesity and hypertension. The data obtained suggest increased formation of angiotensin II in adipose tissue of obese hypertensive subjects. The role of the adipose-tissue renin-angiotensin system in the development of obesity-associated hypertension or metabolic disease clearly warrants further study.

Das Enzym 11beta-HSD1 stellt im intrazellulären Glucocorticoidstoffwechsel eine wichtige Prärezeptorkontrolle dar. Es reguliert die intrazelluläre Cortisolkonzentration durch die enzymatische Umwandlung des aus dem Blutkreislauf aufgenommenen und hormonell inaktiven Cortisons zum aktiven Cortisol. Die Bedeutung einer erhöhten 11beta-HSD1 Expression und Aktivität bei der Entstehung von Übergewicht und Insulinresistenz wurde bisher vorwiegend in Leber und Fettgewebe untersucht und nachgewiesen. Wenig erforscht sind die Funktionen der 11beta-HSD1 im Muskelgewebe. In dieser Arbeit wurde die Funktion und Regulation der 11beta-HSD1 im Skelettmuskel mithilfe der murinen Skelettmuskelzelllinie C2C12 und primärer humaner Myoblasten untersucht. Es konnte demonstriert werden, dass die 11beta-HSD1 in Abhängigkeit des Differenzierungsgrades exprimiert wird und als Oxo-Reduktase aktiv ist, sowie selbst einen Regulator der Differenzierung darstellt. Es zeigte sich ein Feed-Forward-Mechanismus des Cortisons, das die 11beta-HSD1 in den Skelettmuskelzellen akut und chronisch induzierte, sowie eine gleichzeitige Veränderung der GRalpha- und MRalpha-Expressionen gegenregulatorisch zur 11beta-HSD1. Die Daten aus der Mauszelllinie konnten zum größten Teil in primären humanen Myoblasten bestätigt werden. Zudem konnten mehrere Transkriptionsfaktoren wie CREB, Myogenin und MEF-2c identifiziert werden, die in den verschiedenen Phasen der Differenzierung unterschiedliche Relevanz für die Regulation der 11beta-HSD1 Promotoraktivität hatten. Des Weiteren wurden die Proteolyserate und die Expression der E3-Ubiquitin-Ligasen Atrogin-1 und MuRF-1 11beta-HSD1-abhängig durch Cortison induziert. Trotz alledem führte eine Langzeit-Stimulation mit Cortison zu einer 11beta-HSD1-abhängigen Induktion der Differenzierung mit einer Veränderung der Muskelfasertypen in Richtung langsam-zuckender Muskelfasern, was eine Bedeutung für das klinische Bild der glucocorticoid-induzierten Muskelatrophie haben kann. / The enzyme 11beta-HSD1 functions as an important pre-receptor control of intracellular glucocorticoid action regulating the intracellular cortisol concentration by enzymatic conversion of the hormonal inactive cortisone up-taken from blood circulation to the active cortisol. A pivotal role of an increased 11beta-HSD1 expression and activity for the development of overweight and insulin resistance has been analysed and demonstrated particularly in liver and adipose tissue. However, the functions of 11beta-HSD1 in skeletal muscle tissue are rarely investigated. For analysis of function and regulation of the 11beta-HSD1 in skeletal muscle the murine skeletal muscle cell line C2C12 as well as primary human myoblasts from healthy volunteers were used. 11beta-HSD1 was shown to be expressed and functionally active as oxo-reductase in human and murine skeletal muscle cells dependent on the differentiation but as well to function as a regulator of differentiation itself. The stimulation experiments revealed a feed-forward-mechanism of cortisone that induced 11beta-HSD1 acutely and chronically. Concurrently, GRalpha and MRalpha were expressed contra-regulatory to 11beta-HSD1. For the most part these data were confirmed in human primary myoblasts. Several transcription factors as CREB, Myogenin and MEF-2c were identified having different relevance for regulation of 11beta-HSD1 promoter activity during the different phases of differentiation. Furthermore, treatment with cortisone increased protein degradation and expression of the two E3-ubiquitin-ligases Atrogin-1 and MuRF-1 in an 11beta-HSD1-dependent way. Nonetheless, a long-term stimulation by cortisone revealed an 11beta-HSD1-dependent induction of differentiation accompanied by modification of muscle fiber type composition towards slow-twitch muscle fibers that may play a role for the clinical picture of glucocorticoid-induced muscle atrophy.

Trotz motivierter Therapieversuche gelingt es vielen übergewichtigen Menschen nicht, ihre Bewegungs- und Ernährungsgewohnheiten nachhaltig zu verbessern und das Gewicht zu reduzieren bzw. zu stabilisieren. Es wird angenommen, dass ihnen ein gewisses Maß an Selbststeuerungsfähigkeit (Willensstärke) fehlt. Diese ist notwendig, um ein gefasstes Ziel über eine längere Zeit aufrechtzuerhalten und umzusetzen. Sie steht im Mittelpunkt eines neu konzipierten Selbststeuerungs-, Trainings- und Ernährungs- Programms mit Spaß und wird mittels einer Coaching-Methode individuell gefördert. Durch die Optimierung der mentalen Bedingungen, die das Verhalten determinieren, soll die Voraussetzung für eine dauerhafte Veränderung des Gesundheitsverhaltens geschaffen werden. In einer quasiexperimentellen Studie mit 39 Jugendlichen wurde die Wirksamkeit von S.T.E.P.S. empirisch überprüft. Zudem wurden die Teilnehmer anhand von Erfolgskriterien als Responder bzw. Non-Responder bestimmt und retrospektiv auf Unterschiede untersucht. Daraus wurden Prädiktoren für den Interventionserfolg abgeleitet. Die Ergebnisse deuten auf eine alters- und anwesenheitsabhängige Wirkung des Programms hin. 15-17 Jährige verbesserten signifikant ihre Selbststeuerungskompetenz und reduzierten den Körperfettanteil. Auch die regelmäßig teilnehmenden Jugendlichen optimierten ihre Selbststeuerung bedeutsam. Größtenteils blieben die Effekte nach 8 Monaten bestehen. Responder verfügten über eine signifikant bessere Ausgangslage in den mentalen Prozessen. Bei der Bekämpfung von Übergewicht spielen eine ausgeprägte Handlungsüberzeugung und der Umgang mit negativen Affekten eine entscheidende Rolle. Die Analysen zeigten, dass der BMI zur Abbildung von interventionsbedingten Veränderungen im Körperfettanteil ungeeignet zu sein scheint. Der Einbezug der Eltern und die verwendeten Messinstrumente bezüglich des Verhaltens wurden diskutiert. Letztere wiesen einen dringenden Forschungsbedarf hinsichtlich ihrer Validität auf. / Despite highly motivated attempts at changing their eating and activity habits the majority of overweight people fail to lose weight successfully and over the long term. It is assumed that they lack the willpower necessary to maintain and realize this specific goal and a newly developed intervention program for overweight people (S.T.E.P.S.) is designed to help them with this. Willpower is facilitated through individual coaching. By optimizing the mental conditions which determine an individual’s behaviour, the preconditions for changes to their health behaviour are provided. The efficacy of S.T.E.P.S. has been tested empirically within a quasi-experimental study of 39 adolescents. Based on certain success criteria, participants were defined as responders or non-responders and examined retrospectively for personal differences to deduce which interventions were successful. The efficacy of the program is dependent on the adolescent’s age and frequency of participation. 15-17 year old participants significantly improved their willpower ability and reduced their body fat where they participated in the program frequently. These effects also showed up eight months after finishing the intervention. Responders were disposed to better preconditions in their mental processes. Weight loss requires a high level of volitional self-confidence and being able to deal with negative affects. Analysis seems to show that the BMI is an inadaquate indicator of loss of body fat, based on this intervention. Inclusion of the adolescent’s parents in the program was discussed, as well as the methodological measuring instruments applied in this study. These, however, require further empirical research regarding their validity.

Adipositas ist eine polymorphe chronische Erkrankung mit epidemischer Prävalenz. Im katabolen Leptin-Melanocortin-Signalweg ist das Proopiomelanocortin Gen (POMC) ein zentrales Element, das bei Dysfunktion massive Adipositas bewirken kann. Auch eine kürzlich identifizierte intragenische Methylierungsvariante des POMC wurde mit Adipositas assoziiert und deutet somit auf eine mögliche epigenetische Modulation des Gewichtsphänotyps hin. Zur Aufklärung der Relevanz, Stabilität und Entwicklung dieser epigenetischen Modifikation wurden die Funktionalität, Ontogenese und Phylogenese der POMC DNA-Methylierung untersucht. In vitro Analysen zeigten DNA-Methylierungsabhängige Promoteraktivität beider CpG-Inseln (CGIs) des POMC. Diese hier erstmals beschriebene Transkriptionsaktivität der intragenischen CGI weist auf einen alternativen Promoter des POMC hin. Hinsichtlich der Ontogenese konnten in Mensch und Maus postnatal stabile DNA-Methylierungsmuster mit interindividueller Konservierung für beide CGIs des POMC identifiziert werden. Zusätzlich erwiesen sich Gewebeunabhängigkeit der DNA-Methylierungsmuster und ihre pränatale Ausbildung zwischen dem Blastocystenstadium und der frühen Organogenese in der Maus. Die POMC DNA-Methylierungsmuster upstream des Exon3 unterscheiden sich in Mensch und Maus. Der mögliche Einfluss von primatenspezifischen Alu-Elementen im Intron2 des POMC hierauf wurde in verschiedenen Primatenfamilien analysiert. Die Ergebnisse zeigen eine bedingte Assoziation der Alu-Elemente mit der DNA-Methylierung in der entsprechenden Region, lassen jedoch auch weitere Einflussfaktoren vermuten. Insgesamt zeigt diese Arbeit, dass die POMC DNA-Methylierung artspezifisch konserviert ist und in der frühen Embryogenese, vermutlich Alu-abhängig, ausgebildet wird. Dabei könnten stochastische Variationen der DNA-Methylierung die POMC-Aktivität beeinflussen und somit das Risiko für Adipositas erhöhen. / Obesity is a polymorphic chronic disease with epidemic prevalence. Within the catabolic leptin-melanocortin signaling pathway pre-proopiomelanocortin (POMC) is a pivotal element. Dysfunction of POMC, e.g. due to mutations, can cause severe obesity. Moreover, a recently identified intragenic methylation variant of POMC was found to be associated with obesity. Therefore, this indicates potential epigenetic modulation of the weight phenotype. To gain further insight into the relevance, stability, and origin of this epigenetic modification, the functionality, ontogenesis, and phylogenesis of the POMC DNA methylation patterns were analyzed. In vitro analyses revealed DNA methylation-dependent promoter activity of both CpG islands (CGIs) of POMC. Thereby, the intragenic CGI was identified as a potential alternative promoter of POMC, which has not been described before. Regarding the ontogenesis, postnatally stable POMC DNA methylation patterns with interindividual conservation were detected for both CGIs in humans and mice. In addition, it was observed that the POMC DNA methylation patterns are non-tissue-specific, stable upon long time administration of a high fat diet, and develop prenatally between the blastocystal stage and the early organogenesis. The POMC DNA methylation pattern upstream of exon3 differs in humans and mice. A possible influence of primate-specific Alu elements within the intron2 region of POMC was analyzed in various primate families. Results evince a partial association of the Alu elements with the DNA methylation pattern in this particular region, but also suggest an influence of additional factors. Overall, this work demonstrates that DNA methylation of the POMC locus is species-specific highly conserved, and that it is established during early embryogenesis, possibly Alu-triggered. In the course of this, stochastic variances of the POMC DNA methylation might influence the POMC activity and consequently alter the risk to develop obesity.

Das Körpergewicht und die Nahrungsaufnahme werden unter anderem vom Hypothalamus reguliert. Dort werden Hormonelle Signale der Peripherie und neuronale Signale integriert. Die G-Protein gekoppelten Melanocortinrezeptoren 3 und 4 (MC3R und MC4R) werden von ihren Agonisten, den Melanocortinen aktiviert und durch den inversen Agonisten/Antagonisten Agouti-Related Peptide (AgRP) inaktiviert. Als weiterer Downstream-Mediatoren der MC4R-Aktivierung wurden kürzlich Brain Derived Neurotrophic Factor (BDNF) und dessen Rezeptor TrkB (Tropomyosin-Related –Kinase) identifiziert. Mutationen im MC4R gelten als häufigste monogenetische Ursache für Adipositas. Da viele dieser Mutationen aber in vitro funktionell nicht relevant sind, wurde ein Amosäurevergleich von orthologen MC4R aus 70 verschiedenen Spezies erstellt. Funktionsverlustmutationen waren häufiger an koservierten Positionen, während Mutationen ohne Effekt überwiegend an schwach konservierten Positionen zu finden waren. Funktionelle Charakterisierung der von in Mausmodellen identifizierten Punktmutationen I194F und Y302C ergaben eine gute in-vivo/in-vitro Korrelation. Desweiteren wurden in der Normalbevölkerung in normalgewichtigen Personen identifizierte MC4R-Punktmutationen funktionell charakterisiert. Die Mutationen R7C, A70T, T112K, Q156R, M200V, V166I und R236H hatten keinen Effekt auf die Rezeptorfunktion, die H158R. Mutation zeigte eine hohe Basalaktivität, die aber durch AgRP erniedrigt werden konnte. Die in adipösen Patienten gefundenen Mutationen S136F und S139R wiesen einen kompletten Funktionsverlust auf, erstere verursachte zudem sogar einen dominant-negativen Effekt bei Koexpression mit dem Wildtyprezeptor. Für den MC3R wurde das zum Translationsstart bevorzugte Startcodon identifiziert. Für die Rezeptortyrosinkinase TrkB konnte in Hefe-2-Hybridscreens der neue Interaktionspartner Sept3 identifiziert werden. Dieses Protein bindet phosphorylierungsunabhängig an die intrazelluläre Juxtamembrandomäne. / Bodyweight and food intake are regulated by the hypothalamus which integrates peripheral hormonal and neural signals. The G-protein-coupled melanocortin-receptors 3 and 4 (MC3R and MC4R) are activated by melanocortins or inhibited by agouti-related pepetide (AgRP) and signal via the cAMP pathway. Brain-derived neurotrophic Factor (BDNF) was recently shown to signal downstream the MC4R via its receptor TrkB (tropomyosin-related kinase). Mutations in the MC4R are the most common cause of monogenetic obesity. However, many of these mutations are not functionally relevant in vitro. Here, an amino acid alignment of orthologous MC4R from over 70 species was used to evaluate reported mutations. Loss-of-function mutations were predominantly located at highly conserved positions whereas mutations without effect were located at non-conserved positions. Functional characterization of MC4R point mutations I194F (partial loss of function) and Y302C (complete loss of function) identified in mouse models showed good in vitro/in vivo correlation. Furthermore mutations found in normal weight persons were characterized: R7C, A70T, T112K, Q156K, M200V, V166I and R236H had no effect on receptor function in vitro, whereas the H158R Mutation showed high constitutive activity, which however could be diminished by AgRP. The mutations S136F and S139F identified in obese patients were characterized as complete loss-of-function mutations, the former additionally caused a dominant-negative effect on wildtype MC4R in vitro. For the MC3R the preferred start-codon for initiation of translation was identified. For TrkB Sept3 could be identified as a new interaction partner in a yeast-2-hybrid screen. This Protein belonging to the septin family binds to the intracellular juxtamembrane domain of TrkB independent of phosphorylation of the Shc-binding site.