Effekte einer moderaten Westerndiät im Tiermodell | Effects of a moderate Western diet based on an animal model

German. In der westlichen Gesellschaft begünstigt eine unausgewogene Ernährung in Kombination mit einer hohen Lebenserwartung die Entstehung von Erkrankungen wie Diabetes, Adipositas oder nichtalkoholischer Fettleber. Eine Ursache für die Entwicklung und Progression solcher alters-und ernährungsbedingter Erkrankungen kann auf molekularer Ebene eine Beeinflussung der Redoxhomöostase zugunsten oxidativer Prozesse sein. Ein besseres Verständnis des Redox-Proteoms ist dabei eine Voraussetzung, um zukünftig für therapeutische Ansätze gezielt das Redox-Sensor-System zu modulieren. In dieser Arbeit wurde systematisch der exogene Einfluss der Ernährung und des Alters durch Erhebung klinischer Daten auf das Proteom der Leber als zentrales Stoffwechselorgan im Tiermodell dargestellt. Dafür wurden weiblichen und männlichen Wistar-und SHHF-Ratten in einem Langzeitversuch über insgesamt 78 Wochen eine Westerndiät (WD) oder Standarddiät (SD) gefüttert, in vivo verschiedene Untersuchungen (oGTT, Aktivität, MRT, Blutdruck) durchgeführt und zu definierten Zeitpunkten ein Teil der Tiere für die Organentnahme seziert. Die explorative Untersuchung des Leberproteoms erfolgte sowohl auf Gesamtproteomebene, als auch auf Ebene der nicht reversibel oxidierten Cysteinpeptide (NEM-sites) mittels hochauflösender LC-MS/MS-Analyse TMT-markierter Proben, ausschließlich für die Wistarratten. Es hat sich gezeigt, dass eine moderate WD nach menschlichem Vorbild nicht im erwateten Ausmaß zu Veränderungen des Kohlenhydrat-und Fettstoffwechsels der untersuchten Parameter führt. Lediglich die männlichen Tiere zeigten im Vergleich zur Kontrollgruppe eine deutliche Gewichtszunahme unter der WD. Auf Proteomebene waren allerdings für beide Geschlechter bereits siginifikante Unterschiede zwischen den Diäten zu verzeichnen, die für eine Adaption und Veränderung des Stoffwechsels vor klinischer Manifestation sprechen. So gibt es z.B. Hinweise einer kompensatorischen Hochregulierung der Fettsäureoxidation bei gleichzeitiger Erniedrigung der Fettsynthese unter der WD. In Korrelation mit den klinisch erhobenen Daten war insbesondere ein deutlicher Geschlechtsunterschied auffällig, der die Vermutung nahelegt, dass die weiblichen Tiere im Laufe des Alters besser an eine fett-und kohlenhydratreiche Diät adaptieren, als die männlichen Tiere. Diese Erkenntnisse bieten einen ersten Überblick in frühzeitige Veränderungen und mögliche Adaptionsmechansimen einer der menschlichen Ernährungsweise nachempfundenen Diät. Dabei könnte insbesondere das geschlechtsspezifische Leberproteomprofil ein Ansatz für die unterschiedliche Prävalenz und Ausprägung diät-und altersbedingter Pathologien sein und zukünftig eine Rolle bei gezielten individualisierten Therapien spielen. Zur weiteren Evaluation möglicher Adaptionsmechanismen wäre weiterführend die Messung der Enzymaktivität auf Basis dieser Arbeit ausgewählter Kandidaten von besonderem Interesse.

English. In Western society, an unbalanced diet in combination with a long life expectancy favors the development of diseases such as diabetes, obesity or non-alcoholic fatty liver disease. One potential cause for the development and progression of these age-and nutrition-related diseases may be an influence on redox homeostasis in favor of oxidative processes at the molecular level. A better understanding of the redox proteome is a prerequisite for the targeted modulation of the redox sensor system for future therapeutic approaches. In this study, the exogenous influence of diet and age on the proteome of the liver as a central metabolic organ was systematically presented in an animal model. Therefore female and male Wistar and SHHF rats were fed a western diet (WD) or standard diet (SD) in a long-term experiment over a total of 78 weeks, various in vivo examinations (oGTT, activity, MRI, blood pressure) were performed and the animals were dissected for organ removal at defined time points. The explorative examination of the liver proteome was accomplished both at the total proteome level and at the level of non-reversibly oxidized cysteine peptides (NEM sites) via high-resolution LC-MS/MS analysis of TMT-labelled samples, exclusively for the Wistar rats. It has been shown that a moderate WD based on the human model does not lead to changes in the carbohydrate and fat metabolism of the investigated parameters to the extent expected. Only the male animals showed a significant weight gain under WD compared to the control group. At the proteome level, however, significant differences were already observed between the diets for both sexes, which indicate an adaptation and change in metabolism before clinical manifestation. For example, there is evidence of a compensatory upregulation of fatty acid oxidation with a simultaneous reduction in fat synthesis under the WD. In correlation with the clinically collected data, a clear sex difference was particularly noticeable, which suggests that the female animals adapt better to a high-fat and high-carbohydrate diet as they age than the male animals. These findings provide an initial overview of early changes and possible adaptation mechanisms of a diet that emulates the human nutrition. In particular, the sex-specific liver proteome profile could be an approach for the different prevalence and expression of diet- and age-related pathologies and could play a role in targeted individualized therapies in the future. For further evaluation of possible adaptation mechanisms, the measurement of enzyme activity of selected candidates on the basis of this work would be of particular interest.