Obesity and associated metabolic syndrome are growing concerns in modern society due to the negative consequences for human health and well-being. Cardiovascular diseases and type 2 diabetes are only some of the pathologies associated to overweight. Among the main causes are decreased physical activity and food availability and composition. Diets with high content of fat are energy-dense and their overconsumption leads to an energy imbalance, which ultimately promotes energy storage as fat and obesity. Aberrant activation of signalling cascades and hormonal imbalances are characteristic of this disease and members of the Protein Kinase D (PKD) family have been found to be involved in several mechanisms mediating metabolic homeostasis. Therefore, we aimed to investigate the role of Protein Kinase D2 (PKD2) in the regulation of metabolism. Our investigation initiated with a mice model for global PKD2 inactivation, which allowed us to prove a direct involvement of this kinase in lipids homeostasis and obesity. Inactivation of PKD2 protected the mice from high-fat diet-induced obesity and improved their response to glucose, insulin and lipids. Furthermore, the results indicated that, even though there were no changes in energy intake or expenditure, inactivation of PKD2 limited the absorption of fat from the intestine and promoted energy excretion in feces. These results were verified in a mice model for specific deletion of intestinal PKD2. These mice not only displayed an improved metabolic fitness but also a healthier gut microbiome profile. In addition, we made use of a small-molecule inhibitor of PKD in order to prove that local inhibition of PKD2 in the intestine was sufficient to inhibit lipid absorption. The usage of the inhibitor not only protected the mice from obesity but also was efficient in avoiding additional body-weight gain after obesity was pre-established in mice. Mechanistically, we determined that PKD2 regulates lipids uptake in enterocytes by phosphorylation of Apolipoprotein A4 (APOA4) and regulation of chylomicron-mediated triglyceride absorption. PKD2 deletion or inactivation increased abundance of APOA4 and decreased the size of chylomicrons and therefore lipids absorption from the diet. Moreover, intestinal activation of PKD2 in human obese patients correlated with higher levels of triglycerides in circulation and a detrimental blood profile. In conclusion, we demonstrated that PKD2 is a key regulator of dietary fat absorption in murine and human context, and its inhibition might contribute to the treatment of obesity. / Fettleibigkeit und das damit verbundene metabolische Syndrom stellt in der modernen
Gesellschaft aufgrund der negativen Folgen für die menschliche Gesundheit und das
Wohlbefinden ein zunehmendes Problem dar. Herz-Kreislauf-Erkrankungen und Typ-
2-Diabetes sind nur einige der mit Übergewicht verbundenen Pathologien. Zu den
Hauptursachen zählen eine verminderte körperliche Aktivität sowie die Verfügbarkeit
und Zusammensetzung von Nahrungsmitteln. Diäten mit hohem Fettgehalt haben
eine hohe Energiedichte und ihr übermäßiger Konsum führt zu einem
Energieungleichgewicht, das letztendlich die Energiespeicherung als Fett und
Fettleibigkeit fördert. Aberrante Aktivierung von Signalkaskaden und hormonelle
Ungleichgewichte sind charakteristisch für diese Krankheit, und es wurde festgestellt,
dass Mitglieder der Protein Kinase D (PKD) -Familie an mehreren Mechanismen der
metabolischen Homöostase beteiligt sind. Daher zielten wir darauf ab die Rolle der
Proteinkinase D2 (PKD2) bei der Regulation des Stoffwechsels zu untersuchen.
Unsere Untersuchung begann mit einem Mäusemodell für die globale PKD2-
Inaktivierung, welches es uns ermöglichte, eine direkte Beteiligung dieser Kinase an
der Lipidhomöostase und Fettleibigkeit nachzuweisen. Die Inaktivierung von PKD2
schützte die Mäuse vor fettreicher diätbedingter Fettleibigkeit und verbesserte ihre
Reaktion auf Glukose, Insulin und Lipide. Darüber hinaus zeigten die Ergebnisse, dass
die Inaktivierung von PKD2 die Absorption von Fett über den Darm begrenzte und die
Energieausscheidung im Kot förderte, obwohl sich die Energieaufnahme oder der
Energieverbrauch nicht änderten. Diese Ergebnisse wurden in einem Mäusemodell
mit spezifischer Deletion von intestinaler PKD2 verifiziert. Diese Mäuse zeigten nicht
nur eine verbesserte metabolische Fitness, sondern auch ein gesünderes
Darmmikrobiomprofil. Zusätzlich verwendeten wir einen niedermolekularen PKD-
Inhibitor, um zu beweisen, dass die lokale Hemmung von PKD2 im Darm ausreicht,
um die Lipidabsorption zu hemmen. Die Verwendung des Inhibitors schützte die
Mäuse nicht nur vor Fettleibigkeit, sondern verhinderte auch wirksam eine zusätzliche
Gewichtszunahme, nachdem bei Mäusen bereits Fettleibigkeit festgestellt worden
war. Mechanistisch haben wir festgestellt, dass PKD2 die Lipidaufnahme in
Enterozyten durch Phosphorylierung von Apolipoprotein A4 (APOA4) und Regulation
der Chylomicron-vermittelten Triglyceridabsorption reguliert. Die Deletion oder
Inaktivierung von PKD2 erhöhte die Häufigkeit von APOA4 und verringerte die Größe
der Chylomikronen und damit die Lipidabsorption aus der Nahrung. Darüber hinaus
korrelierte die intestinale Aktivierung von PKD2 bei adipösen Patienten mit höheren
Triglyceridspiegeln im Kreislauf und einem schädlichen Blutprofil. Zusammenfassend
haben wir gezeigt, dass PKD2 ein Schlüsselregulator für die Aufnahme von
Nahrungsfett im murinen und menschlichen Kontext ist und seine Hemmung zur
Behandlung von Fettleibigkeit beitragen könnte
| Identifer | oai:union.ndltd.org:uni-wuerzburg.de/oai:opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de:26509 |
| Date | January 2022 |
| Creators | Trujillo Viera, Jonathan |
| Source Sets | University of Würzburg |
| Language | English |
| Detected Language | German |
| Type | doctoralthesis, doc-type:doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Rights | https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/deed.de, info:eu-repo/semantics/openAccess |
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