Stammzellbasierte Therapieverfahren versprechen neue Lösungen für bisher nur unzureichend behandelbare Erkrankungen. In der Hals-, Nasen- und Ohrenheilkunde ist die Herstellung von Knorpel im Rahmen des Tissue Engineering von besonderem Interesse. Die mesenchymalen Stammzellen des Fettgewebes (ASC) stellen eine vielversprechende Zellpopulation als Ausgangspunkt für die Erzeugung von Gewebe dar. Auf Grund der hohen Zahl an Zellteilungen, oxidativem und mechanischem Stress sowie enzymatischer Verdauung steigt im Rahmen der in vitro Expansion das Risiko für DNA-Schäden. Diese können wiederum der Ausgangspunkt für die maligne Transformation einer Zelle sein. Ziel unserer Studie war es, zu zeigen, ob die Expansion und mehrfache Passagierung zu einer zunehmenden genetischen Instabilität der ASC führt. Es wurden frische ASC aus Liposuktionsaspirat von 8 verschiedenen Patienten isoliert. Mit ASC der Passagen 1, 2, 3, 5 und 10 wurde zur Detektion von Schäden auf DNA-Ebene jeweils eine alkalische Einzelzellgelelektrophorese(Comet Assay) und ein Mikrokerntest durchgeführt. Zur Erfassung von Schäden auf Chromatidebene erfolgte darüber hinaus mit Zellen der selben Passage ein Chromosomenaberrationstest. Mit dem Comet Assay und dem Mikrokerntest konnte keine signifikante Progression der genetischen Instabilität mit zunehmender Passage nachgewiesen werden. Beim Chromosomenaberrationstest zeigte sich im Friedman-Test eine signifikante Zunahme an strukturellen Chromosomenaberrationen mit steigender Passage. Der Wilcoxon-Test hingegen erbrachte kein signifikantes Ergebnis. Die im Rahmen dieser Arbeit gewonnen Daten zeigen, dass eine zunehmende genetische Instabilität der ASC mit zunehmender Dauer der Expansion und steigender Passage nicht vollständig ausgeschlossen werden kann. Aus diesem Grund sollten vor einer Transplantation regelhaft Untersuchungen wie beispielsweise ein Chromosomenaberrationstest oder ein Screening auf typische malignitätsfördernde Mutationen erfolgen. / Stem-cell based therapies promise new solutions for diseases which are insufficiently treatable up to now. In Otorhinolaryngology, the in vitro production of cartilage for tissue engineering approaches is of particular interest. Mesenchymal adipose-derived stem cells (ASCs) are a promising cell population for the production of tissue. Due to a high number of cell divisions, oxidative and mechanical stress as well as enzymatic digestion there is an increasing risk of DNA-damage during in vitro expansion. This DNA-damage can lead to a malignant transformation of the ASCs. The aim of our study was to show whether prolonged in vitro expansion leads to an increased genetic instability of ASCs. Human ASCs were isolated from subcutaneous adipose tissue of different donors (n = 8) undergoing liposuction surgery for aesthetic reasons. To detect DNA-damage, an alkaline single-cell microgel electrophoresis (comet) assay and a micronucleus assay were performed with cells of passage 1,2,3,5 and 10. Moreover, to assess chromosomal damage, a chromosomal aberration test was carried out with cells of the same passage. With the comet assay and the micronucleus assay, no significant progress of DNA-damage could be demonstrated. However, the chromosomal aberration test showed a significant increase of structural chromosomal damage. The results of our study underline the fact that an increasing genetic instability of ASCs during prolonged in vitro expansion cannot be completely excluded. Consequently, tests monitoring malignant transformations or genetic instability should be implemented before transplantation of ASCs.

Regensburg, University, Diss., 2004.

Das Tissue Engineering von Fettgewebe befasst sich mit der Herstellung von biologisch äquivalenten Gewebekonstrukten mit dem Ziel, diese in der Regenerativen Medizin zur Deckung von Weichteildefekten einzusetzen. Für die Ausreifung, Funktion und das Überleben von Adipozyten wurde die Bedeutung der Extrazellulärmatrix (EZM) zunehmend deutlich.18-20 Untersuchungen zur EZM und ihrer Einflussnahme auf die Adipogenese wurden bislang hauptsächlich an konventionellen zweidimensionalen Zellkulturen unter Verwendung von mesenchymalen Stammzellen aus dem Knochenmark (bone marrow-derived MSC), Präadipozyten der Mauszelllinie 3T3-L1 und intramuskulären Präadipozyten aus Rindern (bovine intramuscular preadipocytes, BIP) vorgenommen.23,56,69,76,115 Ziel dieser Arbeit war es Erkenntnisse über den Einfluss der EZM auf die adipogene Differenzierungsfähigkeit unter Verwendung von humanen mesenchymalen Stammzellen des Fettgewebes (human adipose-derived stem cells, hASC) zu gewinnen. Um in vitro eine natürlichere Mikroumgebung der Zellen zu generieren, wurde neben einer 2D Kultur vergleichend ein 3D Modell bestehend aus multizellulären Sphäroiden verwendet.84,85 Zudem war die Bestimmung eines stabilen Housekeeping-Gens notwendig, um valide Ergebnisse in qPCR-Analysen von Genexpressionsstudien zu gewährleisten. Die Auswertung statistischer Parameter (Standardabweichung und Interquartilsbereich) sowie die Ergebnisse dreier zur Stabilitätsprüfung eingesetzten Softwares identifizierten EF1α als robustestes HKG. Der Zusammenhang zwischen der EZM-Entwicklung und der Adipogenese wurde durch Hemmung der Kollagenentwicklung unter Verwendung von Ethyl-3,4-dihydroxybenzoat (EDHB) untersucht. Bei Betrachtung der Triglyceridsynthese mittels Histologie und quantitativer Analyse (Triglyceridassay) konnte in beiden Kultursystemen eine konzentrationsabhängige Hemmung der Adipogenese festgestellt werden. Im Unterschied zur 2D Kultur konnte der Triglyceridgehalt im 3D Modell annähernd auf das Niveau der nicht-induzierten Kontrolle gesenkt werden und damit ein tendenziell stärkerer negativer Effekt im 3D Modell demonstriert werden. In Untersuchungen zur Genexpression wurde die Expressionsrate der späten adipogenen Marker aP2 und C/EBPα maximal durch Zugabe von 0,05 mM EDHB gesenkt, wobei der Effekt in 3D erneut stärker ausgeprägt war. Bei Betrachtung der Kollagenentwicklung zeigte sich immunhistochemisch zunächst eine Adipogenese-assoziierte Entwicklung der Kollagene I, IV und VI im 2D und 3D Modell. Durch die Zugabe von EDHB ließ sich die Kollagenbildung gleichermaßen in 2D und 3D konzentrationsabhängig inhibieren. Damit konnte ein Rückgang der Synthese von drei für die Adipozyten relevanten Kollagenen zusammen mit der Störung der adipogenen Differenzierung nachgewiesen werden. Auf mRNA-Ebene hingegen war eine unterschiedliche Expression von Kollagen I und IV nachweisbar. Für Kollagen I wurde eine Abnahme der Expression bei Differenzierung der Zellen beobachtet, während die Expressionsrate von Kollagen IV erst mit Beginn der Adipogenese gesteigert wurde. Die Genexpression der untersuchten Kollagene wurde durch EDHB nicht negativ beeinflusst. Insgesamt weisen die Ergebnisse auf einen engen Zusammenhang der Kollagensynthese mit der Adipogenese hin. Inwieweit eine durch Zell-Matrix-Interaktionen ausgelöste Signaltransduktion und regulatorische Mechanismen in den Präadipozyten die Adipogenese beeinflussen, bleibt jedoch Gegenstand zukünftiger Forschung. / Adipose tissue engineering focuses on the generation of biologically equivalent tissue constructs that can be used in regenerative medicine to cover tissue defects. The relevance of the extracellular matrix (ECM) in adipocyte maturation, function, and survival has become increasingly apparent.18-20 Studies on the ECM and its influence on adipogenesis have so far mainly been performed on conventional two-dimensional cell cultures using bone marrow-derived mesenchymal stem cells (bone marrow-derived MSC), mouse cell line 3T3-L1 preadipocytes, and bovine intramuscular preadipocytes (BIP).23,56,69,76,115 The goal of the study was to gain insights into the role of the ECM on adipogenic differentiation capacity using human adipose-derived stem cells (hASC). To generate a more natural cell microenvironment in vitro, a 3D model consisting of multicellular spheroids was used in comparison to a 2D culture.84,85 Moreover, to ensure valid results in gene expression studies obtained by qPCR analyses, determination of a stable housekeeping gene was necessary. The evaluation of statistical parameters (standard deviation and interquartile range) and the results achieved by three softwares known for stability testing identified EF1α as the most robust HKG. The relationship between ECM development and adipogenesis was investigated by inhibition of collagen development using ethyl-3,4-dihydroxybenzoate (EDHB). Histological staining of lipids and quantitative analysis (triglyceride assay) revealed a concentration-dependent inhibition of adipogenesis in both culture systems. In contrast to the 2D culture, the triglyceride content in the 3D model could be reduced approximately to the level of the non-induced control, demonstrating an overall stronger inhibitory effect in the 3D model. In gene expression studies, the expression levels of the late adipogenic markers aP2 and C/EBPα were maximally decreased by addition of 0.05 mM EDHB, whereby the effect was again more pronounced in 3D. Regarding the collagen development, an adipogenesis-associated development of collagen I, IV, and VI was seen by immunohistochemical analysis in the 2D and 3D models. Addition of EDHB equally inhibited collagen formation in 2D and 3D in a concentration-dependent manner. This demonstrated a decrease in the synthesis of three collagens relevant to adipocytes along with the disruption of adipogenic differentiation. In contrast, a different expression pattern of collagen I and IV was detectable at the mRNA level. For collagen I, a decrease in expression was observed upon differentiation of the cells, whereas the expression level of collagen IV was increased only with the onset of adipogenesis. Both expression patterns were not affected by EDHB. Overall, the results indicate a close relationship of collagen synthesis with adipogenesis. However, the extent to which signal transduction triggered by cell-matrix interactions and regulatory mechanisms in preadipocytes influence adipogenesis remains the subject of future research.

Einleitung: In dieser Arbeit wurde die Auswirkung der Fettgewebesurrogate Halsumfang (HU), Taillenumfang (TU) und Body Mass Index (BMI) auf die Prognose bei Patienten mit chronischer Niereninsuffizienz untersucht. Methoden: Datengrundlage dieser Arbeit war die German Chronic Kidney Disease (GCKD) Beobachtungsstudie. Eingeschlossen wurden Erwachsene mit GFR 30-60 ml/min/1,73m² oder GFR > 60 ml/min/1,73m² mit offensichtlicher Proteinurie. Ausschlusskriterien waren: nicht-kaukasische Ethnie, Organtransplantation, Malignome und Herzinsuffizienz NYHA IV. Untersuchte kombinierte Endpunkte (EP) waren: 1) 4P-MACE (Herzinfarkt, Schlaganfall, kardiovaskulärer Tod, pAVK-Ereignis) 2) Tod jeglicher Ursache 3) Nierenversagen (Dialyse, Transplantation). Es wurden Cox-Regressionen mit HU, TU, und BMI für jeden EP, adjustiert für Alter, Geschlecht, Nikotinkonsum, Diabetes mellitus, arterielle Hypertonie, LDL-Cholesterin, GFR, Urin-Albumin/Kreatinin Ratio (UACR) und CRP berechnet. Interaktionsterme des jeweiligen Surrogats mit dem Geschlecht wurden eingeschlossen. Ergebnisse: Von den 4537 analysierten Studienteilnehmern, waren 59% Männer mit einem Durchschnittsalter von 60 (±12) Jahren, einer mittleren GFR von 50 (±18) ml/min/1,73m² und einem UACR-Median von 49 (10–374) mg/g. Der mittlere HU war 42,7 (±3,6) cm bei Männern und 37,2 (±3,7) cm bei Frauen, der mittlere TU 107,6 (±13,6) cm bei Männern und 97,0 (±16,3) cm bei Frauen und der mittlere BMI 29,7 (±5,9) kg/m². Die mittlere Beobachtungszeit betrug 6,5 Jahre. Der TU war signifikant mit Tod assoziiert, mit einer HR von 1,014 pro cm (95% KI 1,005–1,024). HU war signifikant mit Tod bei Frauen assoziiert, Interaktionsterm HR 1,080 pro cm (95% KI 1,009–1,155). Der BMI hatte keinen signifikanten Einfluss auf untersuchte EP. Schlussfolgerung: Bei Patienten mit mittel- bis schwergradig eingeschränkter Nierenfunktion steigern ein erhöhter TU (bei beiden Geschlechtern), sowie bei Frauen ein erhöhter HU das Risiko für Tod jeglicher Ursache. / Introduction: Adiposity alters the risk of adverse outcome in chronic kidney disease. This work investigates the prognostic impact of the adiposity measures neck circumference (NC), waist circumference (WC) and body mass index (BMI). Methods: This study is based on data from the prospective observational German Chronic Kidney study which included adults with chronic kidney disease, defined as estimated glomerular filtration rate (GFR) 30–60 ml/min/1.73 m² or GFR > 60 ml/min/1.73 m² with overt proteinuria. Exclusion criteria were non-Caucasian ethnicity, solid organ transplant, active malignancy and heart failure NYHA IV. Investigated composite outcomes were: 1) 4P-MACE (stroke, myocardial infarction, cardiovascular death, peripheral artery disease event) 2) all-cause death 3) kidney failure (dialysis, transplantation). Cox-models for each outcome and adiposity measure, adjusted for age, sex, smoking, diabetes, hypertension, LDL-cholesterol, GFR, urine-albumin-creatinine ratio (UACR) and CRP, were calculated. Interaction terms of adiposity measures with sex were included. Results: Of the 4537 analysed participants, 59% were men with a mean age of 60 (±12) years, a mean GFR of 50 (±18) ml/min/1.73m² and a median UACR of 49 (10–374) mg/g. Mean NC was 42.7 (±3.6) cm in men and 37.2 (±3.7) cm in women, mean WC was 107.6 (±13.6) cm in men and 97.0 ± 16.3 cm in women, mean BMI was 29.7 (±5.9) kg/m². The mean follow-up time was 6.5 years. WC was associated with death, HR 1.014 per cm (95%CI: 1.005–1.024). NC in women was associated with death, interaction HR 1.080 per cm (95%CI: 1.009–1.155). No significant association of the BMI with the analysed outcomes was observed. Conclusion: In patients with moderate to moderately severe chronic kidney disease, WC in both sexes and NC in women were independently associated with death. BMI was not a relevant prognostic factor in these patients.

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

Weight loss has been shown to significantly improve Adipose tissue (AT) function, however changes in AT gene expression profiles particularly in visceral AT (VAT) have not been systematically studied. Here, we tested the hypothesis that extensive weight loss in response to bariatric surgery (BS) causes AT gene expression changes, which may affect energy and lipid metabolism, inflammation and secretory function of AT. We assessed gene expression changes by whole genome expression chips in AT samples obtained from six morbidly obese individuals, who underwent a two step BS strategy with sleeve gastrectomy as initial and a Roux-en-Y gastric bypass as second step surgery after 12 ± 2 months. Global gene expression differences in VAT and subcutaneous (S)AT were analyzed through the use of genome-scale metabolic model (GEM) for adipocytes. Significantly altered gene expressions were PCR-validated in 16 individuals, which also underwent a two-step surgery intervention. We found increased expression of cell death-inducing DFFA-like effector a (CIDEA), involved in formation of lipid droplets in both fat depots in response to significant weight loss. We observed that expression of the genes associated with metabolic reactions involved in NAD+, glutathione and branched chain amino acid metabolism are significantly increased in AT depots after surgery-induced weight loss.

Adipositas ist im humanen wie im murinen Fettgewebe mit einer chronischen Entzündungsreaktion vergesellschaftet. Diese Entzündungsreaktion ist charakterisiert durch einen Anstieg von Immunzellen, insbesondere der Makrophagen. Die Akkumulation von Makrophagen im Fettgewebe wird einerseits durch Rekrutierung monozytärer Vorläuferzellen aus dem Blut und andererseits durch lokale Proliferation geweberesidenter Makrophagen gewährleistet. Die Rekrutierung und die Proliferation von Fettgewebemakrophagen scheint von TH2-assoziierten Zytokinen beeinflusst zu werden, was auf eine Beteiligung der CD4-positiven T-Lymphozyten an der Proliferation und Aktivierung von Fettgewebemakrophagen hindeutet. T-Lymphozyten spielen eine wichtige Rolle in der adipositasinduzierten Fettgewebeinflammation und ihr Einfluss auf Parameter der Fettgewebeinflammation und des Glukosestoffwechsels wurde in vielen Studien diskutiert. Art und Ausmaß dieses Einflusses sind jedoch nicht abschließend geklärt. Wir haben daher versucht, einen direkten Einfluss von CD4-positiven T-Zellen auf die Aktivierung und die Proliferation der Fettgewebemakrophagen und die Glukose-Homöostase mit Hilfe eines In-vivo-Depletionsmodells zu untersuchen. Überraschenderweise hatte die CD4-Depletion keinen Einfluss auf die Aktivierung oder die Proliferation der Fettgewebemakrophagen. Allerdings führte die CD4-Depletion zu einer deutlichen Verbesserung der Glukosetoleranz. Im Einklang damit fanden wir moderate Störungen der endokrinen Funktion der Bauchspeicheldrüse nach CD4-Depletion. Unsere Daten deuten darauf hin, dass die nach der CD4-Depletion beobachteten Auswirkungen auf den Glukosestoffwechsel von anderen Organen als dem Fettgewebe und unabhängig von der Fettgewebeentzündung vermittelt werden könnten.:Inhalt 1 Einführung 3 1.1 Fettgewebe 3 1.2 Adipositas und adipositasassoziierte Erkrankungen 4 1.3 Adipositas, Inflammation und Insulinresistenz 5 1.4 Fettgewebeentzündung 7 1.5 Fettgewebemakrophagen 7 1.6 Ursprung von Makrophagen 8 1.6.1 Rekrutierung von Monozyten aus dem Blut 8 1.6.2 Makrophagenproliferation 9 1.7 Regulation der Makrophagenakkumulation im Fettgewebe 9 1.8 Fettgewebelymphozyten 10 1.8.1 CD4-positive Fettgewebelymphozyten 11 2 Fragestellung 14 3 Literaturverzeichnis der Einführung 15 4 Publikation 29 4.1 CD4+ T cells regulate glucose homeostasis independent of adipose tissue dysfunction in mice 29 5 Zusammenfassung 68 6 Erklärung über den wissenschaftlichen Beitrag des Promovenden zu der Publikation 71 7 Erklärung über die eigenständige Abfassung der Arbeit 72 8 Lebenslauf 73 9 Veröffentlichungen im Rahmen der Arbeit 75 10 Danksagung 76

Beschrieben wird die Etablierung von Schnittkulturen verschiedener Depots zur Untersuchung von organotypischem humanen Fettgewebe. Diese eignen sich als stabiles präklinisches Forschungsmodell zur in vitro Analyse von humanem Fettgewebe. Die Vorteile dieses Modells sind der Erhalt der zelluläre Gewebezusammensetzung, Morphologie und Vitalität von Adipozyten und Makrophagen über mindestens 14 Tage in Kultur.:INHALTSVERZEICHNIS 2 BIBLIOGRAPHISCHE ANGABEN 3 EINLEITUNG 4 FRAGESTELLUNG 13 LITERATURVERZEICHNIS DER EINLEITUNG 14 PUBLIKATIONEN 26 ZUSAMMENFASSUNG 44 ERKLÄRUNG ÜBER DIE EIGENSTÄNDIGE ABFASSUNG DER ARBEIT 46 SPEZIFIZIERUNG DES WISSENSCHAFTLICHEN BEITRAGS 47 DANKSAGUNG 49

Weight loss has been shown to significantly improve Adipose tissue (AT) function, however changes in AT gene expression profiles particularly in visceral AT (VAT) have not been systematically studied. Here, we tested the hypothesis that extensive weight loss in response to bariatric surgery (BS) causes AT gene expression changes, which may affect energy and lipid metabolism, inflammation and secretory function of AT. We assessed gene expression changes by whole genome expression chips in AT samples obtained from six morbidly obese individuals, who underwent a two step BS strategy with sleeve gastrectomy as initial and a Roux-en-Y gastric bypass as second step surgery after 12 ± 2 months. Global gene expression differences in VAT and subcutaneous (S)AT were analyzed through the use of genome-scale metabolic model (GEM) for adipocytes. Significantly altered gene expressions were PCR-validated in 16 individuals, which also underwent a two-step surgery intervention. We found increased expression of cell death-inducing DFFA-like effector a (CIDEA), involved in formation of lipid droplets in both fat depots in response to significant weight loss. We observed that expression of the genes associated with metabolic reactions involved in NAD+, glutathione and branched chain amino acid metabolism are significantly increased in AT depots after surgery-induced weight loss.

Recently, a genome-wide analysis identified DNA methylation of the HIF3A (hypoxia-inducible factor 3A) as strongest correlate of BMI. Here we tested the hypothesis that HIF3A mRNA expression and CpG-sites methylation in adipose tissue (AT) and genetic variants in HIF3A are related to parameters of AT distribution and function. In paired samples of subcutaneous AT (SAT) and visceral AT (VAT) from 603 individuals, we measured HIF3A mRNA expression and analyzed its correlation with obesity and related traits. In subgroups of individuals, we investigated the effects on HIF3A genetic variants on its AT expression (N = 603) and methylation of CpG-sites (N = 87). HIF3A expression was significantly higher in SAT compared to VAT and correlated with obesity and parameters of AT dysfunction (including CRP and leucocytes count). HIF3A methylation at cg22891070 was significantly higher in VAT compared to SAT and correlated with BMI, abdominal SAT and VAT area. Rs8102595 showed a nominal significant association with AT HIF3A methylation levels as well as with obesity and fat distribution. HIF3A expression and methylation in AT are fat depot specific, related to obesity and AT dysfunction. Our data support the hypothesis that HIF pathways may play an important role in the development of AT dysfunction in obesity.