Die Psoriasis ist eine meist schubweise verlaufende, chronisch-entzündliche Erkrankung der Haut. Sie ist genetisch determiniert und charakterisiert durch eine Dysregulation der Keratinozytenproliferation und der zellulären Immunabwehr. Patienten mit Psoriasis weisen meist noch weitere Begleiterkrankungen auf. So konnte in verschiedenen klinischen Studien ein Zusammenhang zwischen Psoriasis und Adipositas hergestellt werden. Die Zellen des weißen Fettgewebes sekretieren sowohl pro- als auch antiinflammatorische Mediatoren (Adipokine), die Einfluss auf verschiedene metabolische Prozesse und auch Entzündungsreaktionen nehmen können. In der vorliegenden Dissertation wurde ein möglicher Einfluss des Adipokins Vaspin auf die Pathogenese der Psoriasis untersucht. Literaturbekannte Daten belegen im Tiermodell eine antiinflammatorische Wirksamkeit von Vaspin. Obgleich der Pathomechanismus der Psoriasis bislang nicht vollständig aufgeklärt wurde, ist derzeit eine bedeutende Rolle von dendritischen Zellen unbestritten. Als antigenpräsentierende Zellen nehmen sie in der initialen Phase der Erkrankung Einfluss auf deren weiteren Verlauf. So lag ein Schwerpunkt der vorliegenden Arbeit darin, die Wirkung von Vaspin auf dendritische Zellen bezüglich der Expression von Oberflächenmarkern und der Sekretion von Zytokinen zu untersuchen. Weitere Versuche waren darauf ausgerichtet, die Serumkonzentrationen von Vaspin in Psoriatikern mit denen einer Referenzgruppe in Abhängigkeit des BMI zu vergleichen. Darüber hinaus wurde die Expression von Vaspin auf mRNA-Ebene unter Verwendung von Hautbioptaten aus psoriatrischen Läsionen und gesunden Kontrollen evaluiert. Unter Verwendung eines spezifischen Antikörpers gelang in der Immunhistochemie erstmals der Nachweis von Vaspin auf Proteinebene in histologischen Schnittpräparaten gesunder und psoriatrisch veränderter Haut.

Insbesondere dem viszeralen Fettgewebe, mit seiner Quelle für die Zytokinexpression, werden pathogene Eigenschaften in der Entwicklung des Typ 2 Diabetes mellitus zugesprochen. Diese Adipozytokine modulieren die Insulinsensitivität in verschiedenen Zielgeweben. Das Adipozytokin Vaspin wurde erstmalig 2005 beschrieben und wird vorrangig im viszeralen Fettgewebe exprimiert. Im Serum wurde es als Serin-Protease-Inhibitor identifiziert. Untersuchungen zeigen einen protektiven Einfluss von Vaspin auf den Glukosestoffwechsel und belegen einen möglichen Zusammenhang mit der Pathogenese des Typ 2 Diabetes mellitus. Kurzzeitige körperliche Aktivität vermindert die Serumvaspinkonzentration in Abhängigkeit von der Belastungsintensität und des Fitnesslevels. Verschiedene Studien verweisen auf eine Assoziation des Typ 2 Diabetes mellitus mit einem erhöhten Radikalestoffwechsel sowohl im Serum, im Fett- als auch im Muskelgewebe. Offen bleibt die Frage, ob die Erhöhung der Vaspinkonzentration auf einen verbesserten Glukosestoffwechsel zurückzuführen ist oder unter dem Einfluss des Diabetes induzierten Radikalestoffwechsels steht. Ein gesteigerter Radikalestoffwechsel in der Muskulatur wird insbesondere unter intensiver körperlicher Belastung beobachtet und wurde als Modell zur Untersuchung des Zusammenhangs zwischen Vaspin und dem oxidativen Stress herangezogen. In einer randomisierten prospektiven Studie zeigen Probanden nach einem 4-wöchigen Trainingsprogramm mit Vitamin C -und E- Zusatz eine signifikante Reduktion des Radikalestoffwechsels im Serum und in der Skelettmuskulatur bei gleichzeitiger Erhöhung der Serumvaspinkonzentration. Hohe intraindividuelle Schwankungen sowie belastungsabhängige Änderungen des Stoffwechsels beeinflussen die Serumvaspinkonzentration nachhaltig. Um den Einfluss der Änderung der Insulinsensitivität oder des ROS genauer aufzudecken, sollten weitere Anstrengungen in der Identifikation der Reaktionspartner unternommen werden.

Insbesondere dem viszeralen Fettgewebe, mit seiner Quelle für die Zytokinexpression, werden pathogene Eigenschaften in der Entwicklung des Typ 2 Diabetes mellitus zugesprochen. Diese Adipozytokine modulieren die Insulinsensitivität in verschiedenen Zielgeweben. Das Adipozytokin Vaspin wurde erstmalig 2005 beschrieben und wird vorrangig im viszeralen Fettgewebe exprimiert. Im Serum wurde es als Serin-Protease-Inhibitor identifiziert. Untersuchungen zeigen einen protektiven Einfluss von Vaspin auf den Glukosestoffwechsel und belegen einen möglichen Zusammenhang mit der Pathogenese des Typ 2 Diabetes mellitus. Kurzzeitige körperliche Aktivität vermindert die Serumvaspinkonzentration in Abhängigkeit von der Belastungsintensität und des Fitnesslevels. Verschiedene Studien verweisen auf eine Assoziation des Typ 2 Diabetes mellitus mit einem erhöhten Radikalestoffwechsel sowohl im Serum, im Fett- als auch im Muskelgewebe. Offen bleibt die Frage, ob die Erhöhung der Vaspinkonzentration auf einen verbesserten Glukosestoffwechsel zurückzuführen ist oder unter dem Einfluss des Diabetes induzierten Radikalestoffwechsels steht. Ein gesteigerter Radikalestoffwechsel in der Muskulatur wird insbesondere unter intensiver körperlicher Belastung beobachtet und wurde als Modell zur Untersuchung des Zusammenhangs zwischen Vaspin und dem oxidativen Stress herangezogen. In einer randomisierten prospektiven Studie zeigen Probanden nach einem 4-wöchigen Trainingsprogramm mit Vitamin C -und E- Zusatz eine signifikante Reduktion des Radikalestoffwechsels im Serum und in der Skelettmuskulatur bei gleichzeitiger Erhöhung der Serumvaspinkonzentration. Hohe intraindividuelle Schwankungen sowie belastungsabhängige Änderungen des Stoffwechsels beeinflussen die Serumvaspinkonzentration nachhaltig. Um den Einfluss der Änderung der Insulinsensitivität oder des ROS genauer aufzudecken, sollten weitere Anstrengungen in der Identifikation der Reaktionspartner unternommen werden.:1. Hintergrund und Ziel der Arbeit 2. Studiendesign und Methoden 3. Ergebnisse und Diskussion 3.1 Die Wirkung vom Adipozytokin Vaspin als Insulinsensitizer 3.2 Oxidativer Stress und Serumkonzentrationen von Vaspin 3.3 Schlussfolgerungen 4. Literaturverzeichnis 5. Publikation 6. Zusammenfassung der Arbeit

Die Psoriasis ist eine meist schubweise verlaufende, chronisch-entzündliche Erkrankung der Haut. Sie ist genetisch determiniert und charakterisiert durch eine Dysregulation der Keratinozytenproliferation und der zellulären Immunabwehr. Patienten mit Psoriasis weisen meist noch weitere Begleiterkrankungen auf. So konnte in verschiedenen klinischen Studien ein Zusammenhang zwischen Psoriasis und Adipositas hergestellt werden. Die Zellen des weißen Fettgewebes sekretieren sowohl pro- als auch antiinflammatorische Mediatoren (Adipokine), die Einfluss auf verschiedene metabolische Prozesse und auch Entzündungsreaktionen nehmen können. In der vorliegenden Dissertation wurde ein möglicher Einfluss des Adipokins Vaspin auf die Pathogenese der Psoriasis untersucht. Literaturbekannte Daten belegen im Tiermodell eine antiinflammatorische Wirksamkeit von Vaspin. Obgleich der Pathomechanismus der Psoriasis bislang nicht vollständig aufgeklärt wurde, ist derzeit eine bedeutende Rolle von dendritischen Zellen unbestritten. Als antigenpräsentierende Zellen nehmen sie in der initialen Phase der Erkrankung Einfluss auf deren weiteren Verlauf. So lag ein Schwerpunkt der vorliegenden Arbeit darin, die Wirkung von Vaspin auf dendritische Zellen bezüglich der Expression von Oberflächenmarkern und der Sekretion von Zytokinen zu untersuchen. Weitere Versuche waren darauf ausgerichtet, die Serumkonzentrationen von Vaspin in Psoriatikern mit denen einer Referenzgruppe in Abhängigkeit des BMI zu vergleichen. Darüber hinaus wurde die Expression von Vaspin auf mRNA-Ebene unter Verwendung von Hautbioptaten aus psoriatrischen Läsionen und gesunden Kontrollen evaluiert. Unter Verwendung eines spezifischen Antikörpers gelang in der Immunhistochemie erstmals der Nachweis von Vaspin auf Proteinebene in histologischen Schnittpräparaten gesunder und psoriatrisch veränderter Haut.

Vaspin is a glycoprotein with three predicted glycosylation sites at asparagine residues located in proximity to the reactive center loop and close to domains that play important roles in conformational changes underlying serpin function. In this study, we have investigated the glycosylation of human vaspin and its effects on biochemical properties relevant to vaspin function. We show that vaspin is modified at all three sites and biochemical data demonstrate that glycosylation does not hinder inhibition of the target protease kallikrein 7. Although binding affinity to heparin is slightly decreased, the protease inhibition reaction is still significantly accelerated in the presence of heparin. Glycosylation did not affect thermal stability.

Vaspin expression is increased in white adipose tissue (WAT) of diet-induced obese mice and rats and is supposed to compensate HFD-induced inflammatory processes and insulin resistance in adipose tissue by counteracting pro-inflammatory gene expression in obesity. Multiple studies have also demonstrated strong anti-inflammatory effects in vascular and skin cells. Here, we used vaspin treated 3T3-L1 murine adipocytes as well as 3T3-L1 cells with stable vaspin expression to investigate the effect of exogenous and endogenous vaspin on inflammatory processes and insulin signaling in adipocytes. Our stably transfected cells secreted significant amounts of vaspin which was in the physiological range of ∼0.5 ng/ml in cell supernatants. Adipocyte differentiation was not affected by vaspin as expression of adipogenic marker genes as well as lipid accumulation after full differentiation was similar to control cells. We found that IL-1β induced expression and secretion of pro-inflammatory cytokines, such as IL-6, MCP1 and TNFα was significantly blunted in vaspin expressing 3T3-L1 cells. Treatment of 3T3-L1 cells with exogenous vaspin resulted in reduced cytokine-induced activation of the intracellular and pro-inflammatory NFκB signaling cascades (IKKα/β, IκB and NFκB). Moreover, endogenous vaspin positively affected insulin signaling by increasing insulin-stimulated phosphorylation of the key mediator protein kinase B (AKT). Together, we demonstrate anti-inflammatory effects of vaspin in 3T3-L1 adipocytes as well as increased insulin signaling by endogenous expression or exogenous treatment. The results provide evidence for potent anti-inflammatory action of vaspin not only in vascular cells but also in adipose tissue.

Οι λιποκίνες αποτελούν πρωτεϊνικά προϊόντα του λιπώδους ιστού με αυτοκρινείς, παρακρινείς και ενδοκρινείς δράσεις που εμπλέκονται στην παθογένεια της καρδιαγγειακής νόσου. Η τοπική παραγωγή λιποκινών, ειδικά από τον περιαγγειακό λιπώδη ιστό, μπορεί να επηρεάσει τη φυσιολογία και την παθολογία των αγγείων. Το ενδοκανναβινοειδές σύστημα σχετίζεται με τη ρύθμιση της ενδοκρινούς λειτουργίας του λιπώδους ιστού, αλλά και με την παθογένεια της αθηροσκλήρωσης. Μελετήσαμε την έκφραση της αντιπονεκτίνης, της βισφατίνης, της λεπτίνης και των νεότερων λιποκινών χεμερίνης και βασπίνης, καθώς και του υποδοχέα ενδοκανναβινοειδών CB1 σε ανθρώπινο περιαορτικό και επικαρδιακό λιπώδη ιστό, καθώς και τη συσχέτισή τους με την αορτική και τη στεφανιαία αθηροσκλήρωση. Εφαρμόστηκε ανοσοϊστοχημική χρώση για τις λιποκίνες και τον CB1 σε δείγματα ανθρώπινου περιαορτικού, περιστεφανιαίου και επικαρδιακού λίπους της κορυφής της καρδιάς. Οι αθηροσκληρωτικές βλάβες στο παρακείμενο αγγειακό τοίχωμα αξιολογήθηκαν με βάση την κατάταξη του AHA. Οι λιποκίνες εκφράστηκαν στον περιαγγειακό και επικαρδιακό λιπώδη ιστό της κορυφής και – με εξαίρεση την αντιπονεκτίνη – στα αγγειακά λεία μυικά κύτταρα και στα αφρώδη κύτταρα των αθηροσκληρωτικών βλαβών. Ο CB1 εκφράστηκε στον περιαορτικό και επικαρδιακό λιπώδη ιστό, καθώς και στα αορτικά και στεφανιαία αγγειακά λεία μυικά κύτταρα. Η αορτική αθηροσκλήρωση συσχετίστηκε θετικά με την έκφραση της χεμερίνης, της βασπίνης, της βισφατίνης και της λεπτίνης στο περιαορτικό λίπος. Η στεφανιαία αθηροσκλήρωση συσχετίστηκε θετικά με την έκφραση της χεμερίνης και της βασπίνης στο περιστεφανιαίο λίπος. Η έκφραση της αντιπονεκτίνης στο λιπώδη ιστό συσχετίστηκε αρνητικά τόσο με την αορτική όσο και με τη στεφανιαία αθηροσκλήρωση. Η έκφραση λιποκινών στον επικαρδιακό λιπώδη ιστό της κορυφής δε συσχετίστηκε με την αθηροσκλήρωση. Επίσης, η έκφραση του CB1 δε συσχετίστηκε με την αορτική ή με τη στεφανιαία αθηροσκλήρωση. Συμπερασματικά, παρατηρήθηκε: α) διαφορετικό προφίλ έκφρασης της αντιπονεκτίνης, βισφατίνης, λεπτίνης, χεμερίνης, βασπίνης και του CB1 στον περιαορτικό, περιστεφανιαίο και επικαρδιακό λιπώδη ιστό της κορυφής, β) συσχέτιση των λιποκινών, αλλά όχι του CB1, με την αορτική ή και με τη στεφανιαία αθηροσκλήρωση, με χαρακτηριστικό τρόπο για κάθε λιποκίνη. Η τοπική παραγωγή λιποκινών ενδεχομένως επηρεάζει ποικιλοτρόπως την αθηροσκληρωτική διαδικασία σε διαφορετικές θέσεις. / Adipokines are protein products of adipose tissue with autocrine, paracrine and endocrine actions, which have been implicated in the pathogenesis of cardiovascular disease. Locally produced adipokines, especially by periadventitial adipose tissue, may affect vascular physiology and pathology. The endocannabinoid system has also been implicated in the pathogenesis of atherosclerosis and in adipose tissue endocrine function regulation. We investigated the expression of adiponectin, visfatin, leptin and novel adipokines chemerin and vaspin, as well as CB1 endocannabinoid receptor, in human periaortic and epicardial adipose tissue, as well as their correlation to aortic and coronary atherosclerosis. Standard immunohistochemical staining for the adipokines and CB1 was performed on samples of human periaortic, pericoronary and apical epicardial adipose tissue. Atherosclerotic lesions of the adjacent vascular wall were assessed using the AHA classification. Adipokines were expressed in periadventitial and apical epicardial adipose tissue and - except for adiponectin - in vascular smooth muscle cells and foam cells in atherosclerotic lesions. CB1 was expressed in periaortic and epicardial adipose tissue, as well as in aortic and coronary vascular smooth muscle cells. Aortic atherosclerosis was positively correlated with chemerin, vaspin, visfatin and leptin periaortic fat expression. Coronary atherosclerosis was positively correlated with chemerin and visfatin pericoronary fat expression. Adipose tissue adiponectin expression was negatively correlated to atherosclerosis in both locations. Expression of adipokines in apical epicardial fat was not associated to atherosclerosis. CB1 expression was not correlated with either aortic or coronary atherosclerosis. Our results show: a) a different expression pattern of adiponectin, visfatin, leptin, chemerin, vaspin and CB1 in periaortic, pericoronary and apical epicardial adipose tissue, b) a correlation of these adipokines - but not CB1 - with either aortic or coronary atherosclerosis or both in a pattern characteristic for each adipokine and suggest that locally produced adipokines might differently affect the atherosclerotic process in different locations.

The adipokine vaspin (serpinA12) is mainly expressed in white adipose tissue and exhibits various beneficial effects on obesity-related processes. Kallikrein 7 is the only known target protease of vaspin and is inhibited by the classical serpin inhibitory mechanism involving a cleavage of the reactive center loop between P1 (M378) and P1′ (E379). Here, we present the X-ray structure of vaspin, cleaved between M378 and E379. We provide a comprehensive analysis of differences between the uncleaved and cleaved forms in the shutter, breach, and hinge regions with relation to common molecular features underlying the serpin inhibitory mode. Furthermore, we point out differences towards other serpins and provide novel data underlining the remarkable stability of vaspin. We speculate that the previously reported FKGx1Wx2x3 motif in the breach region may play a decisive role in determining the reactive center loop configuration in the native vaspin state and might contribute to the high thermostability of vaspin. Thus, this structure may provide a basis for future mutational studies.

While genome‐wide association studies as well as candidate gene studies have revealed a great deal of insight into the contribution of genetics to obesity development and susceptibility, advances in adipose tissue research have substantially changed the understanding of adipose tissue function. Its perception has changed from passive lipid storage tissue to active endocrine organ regulating and modulating whole‐body energy homeostasis and metabolism and inflammatory and immune responses by secreting a multitude of bioactive molecules, termed adipokines. The expression of human vaspin (serpinA12) is positively correlated to body mass index and insulin sensitivity and increases glucose tolerance in vivo, suggesting a compensatory role in response to diminished insulin signaling in obesity. Recently, considerable insight has been gained into vaspin structure, function, and specific target tissue‐dependent effects, and several lines of evidence suggest vaspin as a promising candidate for drug development for the treatment of obesity‐related insulin resistance and inflammation. These will be summarized in this review with a focus on molecular mechanisms and pathways.

Many members of the serine protease inhibitor (serpin) family are activated by glycosaminoglycans (GAGs). Visceral adipose tissue-derived serpin (vaspin), serpin A12 of the serpin family, and its target protease kallikrein 7 (KLK7) are heparin-binding proteins, and inhibition of KLK7 by vaspin is accelerated by heparin. However, the nature of GAG binding to vaspin is not known. Here, we measured vaspin binding of various glycosaminoglycans and low molecular weight heparins by microscale thermophoresis and analyzed acceleration of protease inhibition by these molecules. In addition, basic residues contributing to heparin binding and heparin activation were identified by a selective labeling approach. Together, these data show that vaspin binds heparin with high affinity (KD = 21 ± 2 nm) and that binding takes place at a basic patch on top of β-sheet A and is different from other heparin-binding serpins. Mutation of basic residues decreased heparin binding and activation of vaspin. Similarly, reactive center loop insertion into sheet A decreased heparin binding because it disturbs the basic cluster. Finally, using vaspin-overexpressing keratinocyte cells, we show that a significant part of secreted vaspin is bound in the extracellular matrix on the cell surface. Together, basic residues of central β-sheet A contribute to heparin binding and activation of vaspin. Thus, binding to GAGs in the extracellular matrix can direct and regulate vaspin interaction with target proteases or other proteins and may play an important role in the various beneficial functions of vaspin in different tissues.