Adaptation to alterations in nutrient availability ensures the survival of organisms. In vertebrates, adipocytes play a decisive role in this process due to their ability to store large amounts of excess nutrients and release them in times of food deprivation. In todays western world, a rather unlimited excess of nutrients leads to high-caloric food consumption in humans. Nutrient overload together with a decreased energy dissipation result in obesity as well as associated diseases such as insulin resistance, diabetes, and liver steatosis. Obesity causes a hormonal imbalance, which in combination with altered nutrient levels can aberrantly activate G-protein coupled receptors utilizing diacylglycerol (DAG) as secondary messenger. Protein kinase D (PKD) 1 is a DAG effector integrating multiple hormonal and nutritional inputs. Nevertheless, its physiological role in adipocytes has not been investigated so far. In this thesis, evidence is provided that the deletion of PKD1 in adipocytes suppresses lipogenesis as well as the accumulation of triglycerides. Furthermore, PKD1 depletion results in increased mitochondrial biogenesis as well as decoupling activity. Moreover, PKD1 deletion promotes the expression of the β3-adrenergic receptor (ADRB3) in a CCAAT/enhancer-binding protein (C/EBP)-α and δ-dependent manner. This results in elevated expression levels of beige markers in adipocytes in the presence of a β-agonist. Contrarily, adipocytes expressing a constitutive active form of PKD1 present a reversed phenotype. Additionally, PKD1 regulates adipocyte metabolism in an AMP-activated protein kinase (AMPK)-dependent manner by suppressing its activity through phosphorylation of AMPK α1/α2 subunits. Thus, PKD1 deletion results in an enhanced activity of the AMPK complex. Consistent with the in vitro findings, mice lacking PKD1 in adipocytes demonstrate a resistance to high-fat diet-induced obesity due to an elevated energy expenditure caused by trans-differentiation of white into beige adipocytes. Moreover, deletion of PKD1 in murine adipocytes improves systemic insulin sensitivity and ameliorates liver steatosis. Finally, PKD1 levels positively correlate with HOMA-IR as well as insulin levels in human subjects. Furthermore, inhibition of PKD1 in human adipocytes leads to metabolic alterations, which are comparable to the alterations seen in their murine counterparts. Taken together, these data demonstrate that PKD1 suppresses energy dissipation, drives lipogenesis, and adiposity. Therefore, increased energy dissipation induced by several complementary mechanisms upon PKD1 deletion might represent an attractive strategy to treat obesity and its related complications. / Die Anpassung an veränderte Nährstoffverfügbarkeiten sichert das Überleben eines jeden Organismus. Dabei spielen in Vertebraten vorallem Adipozyten eine entscheidende Rolle. Sie haben die Fähigkeit, große Mengen überschüssiger Nährstoffe zu speichern und diese in Zeiten des Mangels wieder freizusetzen. Heutzutage herrscht jedoch besonders in Industrieländern ein ausreichendes Angebot an Nahrungsmitteln, was zu einer übermäßigen Kalorienzufuhr einzelner Individuen führt. Durch überschüssige Energiezufuhr in Verbindung mit einem verringerten Energieverbrauch kommt es zu Fettleibigkeit und damit verbundenen Erkrankungen wie Insulinresistenz, Diabetes und nichtalkoholischer Fettleber. Übergewicht führt zu einem hormonellen Ungleichgewicht, das im Zusammenhang mit veränderten Nährstoffgehalten, unter Verwendung von Diacylglycerol (DAG) als sekundären Botenstoff, G-Protein-gekoppelte Rezeptoren unkontrollierten aktiviert. Protein Kinase D (PKD) 1 ist ein DAG Effektor, der an unterschiedlichsten hormonellen und ernährungsphysiologischen Vorgängen beteiligt ist. Die zugrunde liegende physiologische Rolle von PKD1 in Adipozyten ist jedoch weitgehend unverstanden. In dieser Doktorarbeit wird gezeigt, dass eine Adipozyten spezifische PKD1 Defizienz sowohl Lipogenese als auch die Akkumulation von Triglyceriden unterdrückt. Darüber hinaus wird durch die Deletion von PKD1 sowohl der Mitochondriengehalt als auch die Dynamik erhöht und die Entkopplungsaktivität gesteigert. Zudem wird die Expression des β3-adrenergen Rezeptors (ADRB3) durch die PKD1 Defizienz in einer CCAAT/Enhancer-Bindungsprotein (C/EBP) -α und δ-abhängigen Weise gefördert. In Gegenwart eines β-Agonisten kommt es dadurch zu einer erhöhten Expression von Genen, die auf beige Fettzellen hindeuten. Im Gegensatz dazu weisen Adipozyten, die eine konstitutiv aktive Form von PKD1 exprimieren, einen umgekehrten Phänotyp auf. Zusätzlich reguliert PKD1 den Adipozytenmetabolismus abhängig von AMP-aktivierter Proteinkinase (AMPK). PKD1 unterdrückt die AMPK-Aktivität durch Phosphorylierung von AMPK-α1/α2-Untereinheiten. Daher steigert die PKD1-Deletion die Tätigkeit des AMPK-Komplexes. In Übereinstimmung mit den In-vitro-Daten zeigen Mäuse, denen PKD1 in Adipozyten fehlt, eine Resistenz gegen nahrungsinduzierte Fettleibigkeit. Dies lässt sich durch eine gesteigerte Transdifferenzierung von weißen zu beigen Fettzellen erklären, die einen erhöhten Energieumsatz aufweisen. Weiterhin verbessert die Deletion von PKD1 in Adipozyten der Maus die systemische Insulinsensitivität und schützt vor einer Lebersteatose. In humanen Fettzellen zeigen sich ähnliche Veränderungen im Metabolismus, wie bereits in den Adipozyten der Maus beobachtet wurden. Des Weiteren korreliert die Expression von PKD1 in humanem Fettgewebe positiv mit HOMA-IR, einem Marker für Insulin-Resistenz sowie den Insulinwerten beim Menschen. Zusammengefasst weisen die Daten dieser Thesis auf, dass PKD1 den Energieverbrauch unterdrückt und sowohl Lipogenese als auch Adipositas fördert. Adipozyten, denen PKD1 fehlt, zeigen demnach einen erhöhten Energieumsatz, der durch unterschiedliche komplementäre Mechanismen verursacht wird. Dadurch könnte sich eine attraktive Strategie zur Behandlung von Fettleibigkeit und den damit verbundenen Komplikationen ergeben.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:uni-wuerzburg.de/oai:opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de:18859 |
| Date | January 2019 |
| Creators | Löffler, Mona Christina |
| Source Sets | University of Würzburg |
| Language | English |
| Detected Language | German |
| Type | doctoralthesis, doc-type:doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Rights | https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/doku/lic_ohne_pod.php, info:eu-repo/semantics/openAccess |
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