Epigenetik der DNA-Reparatur nach ROS-Schäden in Adipositas

Das metabolische Syndrom und Diabetes mellitus Typ 2 (DMT2) stehen in Verbindung mit einer systemischen geriggradigen Entzündungsreaktion und erhöhtem oxidativen Stress, der durch endogen produzierte reaktive Sauerstoffspezies verursacht wird. Diese beiden Zustände verstärken sich gegenseitig und sind für diverse Symptome des metabolischen Syndroms, wie zum Beispiel Insulinresistenz, verantwortlich. Oxidativer Stress ist besonders in ausgedehntem Fettgewebe und unter chronischer Einwirkung von gesättigten freien Fettsäuren erhöht. Gesättigte Fettsäuren aktivieren die Nikotinamid Adenin Dinukleotid Phosphat-Oxidase (NADPH), was zu einer höheren ROS-Last führt. Langkettige, mehrfach ungesättigte Fettsäuren haben den gegenteiligen Effekt. ROS verursachen DNA-Schäden, die durch DNA-Reparaturmechanismen wiederhergestellt werden oder durch endogene und exogene Antioxidantien verhindert werden. Epigenetische Mechanismen regulieren die mRNA Expression einer Vielzahl an Genen, auch jener die in Entzündungsreaktionen, ROS Produktion und Auslöschung und DNA Reparatur involviert sind. Es wurde bereits gezeigt, dass die DNA Methylierung von einigen Genen durch oxidativen Stress oder Entzündungen geändert werden kann. Ziel dieser Studie ist die Analyse des Einflusses einer fettreichen Diät angereichert mit ungesättigten Fettsäuren und Antioxidantien auf die DNA Methylierung und die mRNA Expression von Genen, die an der DNA Reparatur und der Entstehung von oxidativen Stress und entzündlichen Prozessen beteiligt sind. Der Einfluss dieser Diät auf entzündliche Signalwege und ROS Bildung soll untersucht werden. Ein Tier- und ein Zellmodell wurden für diese Untersuchungen ausgewählt. Zwei Gruppen von C57BL/6J Mäuse bekommen entweder eine fettreiche oder eine normale Diät mit oder ohne Zusatz von Vitamin E und C für drei Monate. Nach der Intervention werden das Fettgewebe und der Kolon für die Analysen gewonnen. Für die Zellstudie werden Caco-2 Zellen mit Palmitat, Docosahexaensäure, Wasserstoffperoxid, Folat, Vitamin E, Vitamin C und Kombinationen der Reagenzien behandelt. Außerdem werden zwei Mitglieder der NADPH-Familie herunterreguliert. Die DNA Methylierung bestimmter Gene wird in allen Proben durch Pyrosequenzierung und DNA Methylierungsarrays analysiert. Die mRNA Expression wird durch microarray und quantitative PCR bestimmt. Außerdem werden die Mikrosatelliten Instabilität, DNA Strangbrüche und die totale antioxidative Kapazität bestimmt. Die Resultate dieser Studie werden helfen patho-epigenetische Prozesse bei übergewicht- assoziierten oxidativen Stress und Entzündungsreaktionen zu verstehen. Dieses Wissen kann die Therapie des metabolischen Syndroms und DMT2 verbessern, indem Ernährungsinterventionen epigenetische, oxidative und entzündliche Stoffwechselwege beeinflussen.

Übergewicht und metabolisches Syndrom sind relevante Faktoren hinsichtlich der drastisch zunehmenden Prävalenz vieler Krebserkrankungen. Das Ziel des Projekts war es, die Verbindung zwischen Ernährung und der epigenetischen Regulation durch DNA Methylierung, sowie die Expression von verschiedenen Genen zu erforschen. Dafür wurden Gene ausgewählt, die eine wesentliche Rolle in der Entstehung und Reparatur von DNA-Schäden sowie bei Entzündungsprozessen spielen.Nach einer ausführlichen Literaturrecherche wurde der Fokus auf den Zusammenhang zwischen DNA-Schäden und einem veränderten Glucose- und Fettsäure-Metabolismus gelegt. Außerdem wurde herausgefunden, dass durch Gewichtsreduktion und Lebensstilmodifikationen, DNA-Schäden reversibel sind. Im Zellexperiment zeigten Vitamin E und die aus Grünteeextrakt gewonnene Substanz EGCG eine dosisabhängige Reduktion des durch H2O2 induzierten oxidativen Stress. Des Weiteren konnte eine gesteigerte Expression des epigenetisch relevanten Enzyms DNMT1 und des DNA-Reparaturenzyms MLH1 beobachtet werden. Mäuse, welche durch eine sehr fettreiche Ernährung starkes Übergewicht entwickelt hatten, zeigten deutlich erhöhte DNA Schäden in Leber und Kolon. Vit E aber auch Gallussäure, EGCG und der Soja Metabolit Equol reduzierten die, durch das Übergewicht induzierten DNA Schäden, modulierten die Expression wichtiger epigenetischer Enzyme und verbesserten die durch das Übergewicht induzierte Dysbalance der GI Microbiota. Auch viele, durch das Übergewicht induzierte negative regulatorische Faktoren (Tumornecrose factor-?, Haemoxygenase-1, Monocyte Chemoattractant protein-1 und Nf-kappaB) wurden durch Gallussäure reduziert. Die Änderung der Genexpression konnte in einigen Fällen auf die Änderung der epigenetische DNA Methylierung in der Promotor Region der Gene zurückgeführt werden. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass es erst sehr wenige Studien zu dem Zusammenhang zwischen Übergewicht und DNA Stabilitaet gibt. Die Ergebnisse der Studie zeigen nun klar einen signifikanten Zusammenhang. Die untersuchten Pflanzeninhaltsstoffe waren in der Lage Entzündungsfaktoren und DNA Schäden zu senken und zusätzlich die DNA Methylierung wichtiger Gene zu modulieren. Diese Resultate stellen eine wissenschaftliche Grundlage für eine individuelle und präventive Gesundheitsvorsorge dar.