Функционални изследвания

Управление:	Професор доктор. Мартин Клингенспор
Институт:	Молекулярна хранителна медицина, Технически университет в Мюнхен, Else Kröner-Fresenius Institute и Central Institute for Nutrition and Food Research
Начална страница:	www.molekulare-ernaehrungsmedizin.de/

IG "Молекулярни механизми на затлъстяването" има за цел да идентифицира гени и алели, които предразполагат индивидите към развитието на затлъстяване и да ги валидира по отношение на епидемиологията, функцията, клиничното значение и терапевтичните последици.

На клетъчно ниво бяха проведени функционални изследвания в култивирани човешки мастни клетки, за да се идентифицира ролята на избраните кандидат-гени за метаболизма на липидите и глюкозата и митохондриалната функция (Wabitsch). За тази цел конструкциите на shRNA са проектирани срещу съответните гени, клонирани във входни вектори и след това въведени в човешките мастни клетки с помощта на лентивирусни вектори. Интересното е, че при адипоцитите с дефицит на FTO, експресията на маркер за кафява мастна тъкан - UCP-1 (разединяване на протеин-1) се увеличава около 4 пъти на ниво РНК и протеин. Функционално, това доведе до увеличено базално и отделено дишане в дефицитни на FTO адипоцити. В депа с бяла мастна тъкан на мишки с дефицит на Fto успяхме да открием увеличен брой Ucp-1-положителни адипоцити и повишена експресия на mRNA на този маркер в сравнение с контролите от див тип (6).

На молекулярно ниво кандидатният ген FTO беше изследван подробно по отношение на функцията на FTO протеина за регулиране на генната експресия и за обработка на РНК в човешка клетъчна линия и при нокаутиращи мишки на FTO (Horsthemke). След свръхекспресия на FTO, 95% от всички иРНК, променени в дозата, показват повишени нива. Повечето от модифицираните транскрипти кодират протеини, които участват в снаждането на РНК и метаболизма на РНК. Това се вписва в локализацията на FTO в ядрените петна. След изчерпване на FTO, 78% от всички иРНК, променени в дозата, показват намалени нива. Транскриптите, които кодират протеини, които участват в клетъчния отговор на дефицит на хранителни вещества, бяха забележими тук. Намалена е и РНК MALAT1, която се намира в ядрени петна. За първи път беше показано при мишки с дефицит на Fto, че FTO влияе върху съдържанието на 3-метил-уридин и псевдоуридин в не-иРНК (7).

Сигнализиращият път на меланокортин играе важна роля в регулирането на теглото. Поради това анализирахме модела на метилиране на ДНК на гена проопиомеланокортин (POMC). Наблюдавахме значително хиперметилиране на остров POMC 3´CpG при деца с наднормено тегло в сравнение с деца с нормално тегло. Този вариант на хиперметилиране е съществувал дори преди да се развие затлъстяването и да доведе до намалена експресия на POMC иРНК, която е частично медиирана от намаления свързващ капацитет на комплекса P300. И накрая, забелязахме, че моделът на метилиране на ДНК на POMC е свързан с присъствието на специфични Alu елементи. От това заключаваме, че този вариант на POMC хиперметилиране като "епигеномен подпис" води до повишен риск от развитие на затлъстяване в хода на живота.

При изследването на глупости мутации на MC4R успяхме да покажем за първи път, че медиирано от аминогликозиди прескачане е възможно и води до функционални рецептори (8). Освен това успяхме да покажем, че стартовият кодон на MC3R не е в описаната до момента позиция, а в позицията, съответстваща на мишката. Това означава, че MC3R-SNP (T6K) не е в кодиращата област на рецептора.

Избрани публикации
1. Bolze F, Rink N, Brumm H, Kuhn R, Mocek S, Schwarz AE, Kless C, Biebermann H, Wurst W, Rozman J и Klingenspor M. Характеризиране на безсмислената мутация на меланокортин-4-рецептор W16X in vitro и in vivo. Pharmacogenomics J. 2013; 13 (1): 80-93.
2. Nordstrom V, Willershauser M, Herzer S, Rozman J, von Bohlen Und Halbach O, Meldner S, Rothermel U, Kaden S, Roth FC, Waldeck C, Gretz N, de Angelis MH, Draguhn A, Klingenspor M, Grone HJ и Jennemann R. Невроналната експресия на глюкозилцерамид синтаза в централната нервна система регулира телесното тегло и енергийната хомеостаза. PLoS Biol.2013; 11 (3): e1001506.
3. Vegiopoulos A, Muller-Decker K, Strzoda D, Schmitt I, Chichelnitskiy E, Ostertag A, Berriel DM, Rozman J, Hrabe de AM, Nusing RM, Meyer CW, Wahli W, Klingenspor M и Herzig S. Cyclooxygenase- 2 контролира енергийната хомеостаза при мишки чрез ново набиране на кафяви адипоцити. Наука. 2010; 328 (5982): 1158-1161.
4. Khasawneh J, Schulz MD, Walch A, Rozman J, Hrabe de Angelis M, Klingenspor M, Buck A, Schwaiger M, Saur D, Schmid RM, Kloppel G, Sipos B, Greten FR и Arkan MC. Възпалението и митохондриалната мастна киселина бета-окисление свързват затлъстяването с ранното промотиране на тумора. Proc Natl Acad Sci USA.2009; 106 (9): 3354-3359.
5. Volckmar AL, Bolze F, Jarick I, Knoll N, Scherag A, Reinehr T, Illig T, Grallert H, Wichmann HE, Wiegand S, Biebermann H, Krude H, Fischer-Posovszky P, Rief W, Wabitsch M, Klingenspor M, Hebebrand J и Hinney A. Мутационен екран в гена за затлъстяване, получен от GWAS, ген SH2B1, включително функционални анализи на открити варианти. BMC Med Genomics. 2012; 5 (65.
6. Tews D, Fischer-Posovszky P, Fromme T, Klingenspor M, Fischer J, Ruther U, Marienfeld R, Barth T, Moller P, Debatin K и Wabitsch M. Дефицитът на FTO индуцира експресия на UCP-1 и митохондриално разединяване в адипоцитите . Ендокринология. 2013.
7. Berulava T, Ziehe M, Klein-Hitpass L, Mladenov E, Thomale J, Ruther U и Horsthemke B. Нивата на FTO засягат модификацията на РНК и транскриптома. Eur J Hum Genet. 2013; 21 (3): 317-323.
8. Brumm H, Muhlhaus J, Bolze F, Scherag S, Hinney A, Hebebrand J, Wiegand S, Klingenspor M, Gruters A, Krude H и Biebermann H. Спасяване на безсмислени мутации на меланокортин 4 рецептор (MC4R) чрез медиирани от аминогликозиди четене. Затлъстяване (Сребърна пролет). 2012; 20 (5): 1074-1081.