Endotheliale Dysfunktion bei adipöser Triglycerid-Lipase-Defizienz

Adipöse Triglycerid-Lipase (ATGL) katalysiert die initiale, Geschwindigkeits-bestimmende Reaktion der Hydrolyse von Triglyceriden und ist vorwiegend in adipösem Gewebe aber in geringerem Ausmaß auch in Herz- und Skelettmuskel, im Hoden und anderen Geweben exprimiert. Systemische Deletion des für ATGL kodierenden Gens in Mäusen bewirkt massive Akkumulation neutraler Lipide in zahlreichen Geweben. Menschen mit bestimmten Mutationen im ATGL-Gen entwickeln Neutrallipidspeichkrankheit (NLSD) mit Fettakkumulation in vielen Geweben. Im Herzmuskel ist die Alters-abhängige Erhöhung an Lipidtröpfchen in den Myozyten mit progredienter Herzinsuffizienz assoziiert, die zu frühzeitigem Tod ATGL-defizienter Mäuse führt. ATGL knockout scheint daher ein vielversprechendes Mausmodell für lipotoxische kardiovaskuläre Erkrankungen zu sein, die mit der Akkumulation neutraler Lipide und Fettsucht asoziiert sind. Die Charakterisierung des kardiovaskulären Phänotyps von ATGL knockout Mäusen erbrachte überraschende Hinweise auf schwere endotheliale Dysfunktion, ersichtlich als nahezu vollständiger Verlust der relaxierenden Wirkung endothel-abhängiger Agonisten bei normaler Funktion der glatten Gefäßmuskulatur in Hinblick auf Kontraktilität und durch NO ausgelöste endothel-unabhängige Relaxation. Unsere bisherigen Ergebnisse unterstützen die Hypothese, dass ATGL-Defizienz mit der endothelialen Biosynthese und/oder Freisetzung von NO interferiert. Die Wiederherstellung normaler Herzfunktion durch Fütterung von ATGL knockout Mäusen mit einem PPARa-Agonisten oder durch herzspezifische Überexpression von ATGL bewirkte eine etwa 50 %-ige Verbesserung der Endothelfunktion, was auf die Beteiligung von zumindest zwei Mechanismen hinweist, von denen einer die Konsequenz des reduzierten Herzeitvolumens zu sein scheint. Es ist das Ziel des vorliegenden Projekts, die Mechanismen aufzuklären, die der Enstehung endothelialer Dysfunktion bei ATGL-Defizienz zugrunde liegen. Dazu werden biochemische und funktionelle Studien mit Aorten von genetisch veränderten Mäusen durchgeführt. Zur Abklärung des relativen Beitrags kardialer und endothelialer ATGL werden wir Mauslinien mit exklusiver Überexpression oder konditionalem knockout von ATGL in Kardiomyozyten und Endothelzellen herstellen. Dieser genetische Ansatz wird durch Fütterungsexperimente mit einem PPARa-Agonisten ergänzt. Außerdem werden wir den Einfluß von perivaskulärem Fettgewebe, dessen Masse in ATGL-defizienten Mäusen etwa 15-fach erhöht ist, auf die Endothelfunktion untersuchen. Wir erwarten, dass unserere Untersuchungen zur Identifizierung bisher unbekannter, für die kardiovaskuläre Homöostase essentieller Signaltransduktionswege beitragen, die bei lipotoxischen kardiovaskulären Erkrankungen fehlreguliert sind.

Bedingt durch den westlichen Lebensstil (permanente Überernährung, Bewegungsmangel, Stress) haben Übergewicht und Fettsucht in den letzten Jahrzehnten globale Dimensionen erreicht. Die medizinischen und ökonomischen Konsequenzen, die sich für die Gesellschaft durch diverse Folgeerkrankungen ergeben, sind enorm. Die Adipöse Triglyzerid-Lipase (ATGL) wurde 2004 als Schlüsselenzym der Lipolyse im Fettgewebe identifiziert. Durch das Design von globalen ATGL-Knockout Mäusen (AKO Mäusen) wurde die systemische Bedeutung des Enzyms erkannt: Sowohl adipöse als auch verschiedene nicht-adipöse Gewebe der Tiere sind durch massive ektopische Fetteinlagerungen belastet, die im Herzen zu einer fortschreitenden und schließlich letalen Dysfunktion führen. Durch ihr einzigartiges metabolisches Profil stellen AKO Mäuse ein ideales Tiermodell zur Erforschung kardiovaskulärer Konsequenzen von Übergewicht und Fettsucht dar.Ziel dieses Projektes war es, die in Vorversuchen beobachtete endotheliale Dysfunktion von AKO Mäusen zu untersuchen. Insbesondere sollte die Beteiligung der Kardiomyopathie charakterisiert und eventuell vorhandene herzunabhängige Effekte identifiziert werden. Zu diesem Zweck wurde der kardiale Phänotyp dieser Tiere auf subzellulärer Ebene genauer untersucht. Biochemische Analysen von Herzhomogenaten zeigten, dass NADPH-Oxidase-vermittelter oxidativer Stress, eine chronische Entzündungsreaktion sowie Defekte im Ubiquitin-Proteasom-System ursächlich an der kardialen Dysfunktion von AKO Mäusen beteiligt sein könnten. Zur Identifizierung des kardialen Mediators, der für die vaskuläre Dysfunktion verantwortlich ist, wurden die Plasmaspiegel verschiedener potentieller Faktoren gemessen. Trotz vorläufiger, teilweise vielversprechender Resultate konnte der Mediator aber bisher nicht eindeutig identifiziert werden. Da die Gefäße dieser Mäuse große Mengen an perivaskulärem Fett aufweisen, wurde ein möglicher Einfluss dieses Gewebes auf die Gefäßfunktion untersucht. Biochemische Analysen weisen auf massiven oxidativen Stress sowie eine chronische Entzündungsreaktion hin, was herzunabhängig zum vaskulären Phänotyp beitragen könnte.Die Charakterisierung des kardiovaskulären Phänotyps dieses Mausmodells sowie die Identifizierung kausaler subzellulärer Mechanismen können als Grundlage für die Entwicklung neuer Therapieansätze zur Behandlung humaner kardiovaskulärer Erkrankungen infolge von Übergewicht und Fettsucht dienen.