Charakterisierung einer Mutante von Phodopus sungorus mit UCP3-Defizit im braunen Fettgewebe

Entkopplerproteine sind mitochondriale Transportproteine (uncoupling proteins, UCPs) der inneren Mitochondrienmembran. Das Entkopplerprotein UCP3 wurde bereits 1997 entdeckt, dennoch ist seine Funktion bis heute nicht bekannt. In der vorliegenden Arbeit wurden Dsungarische Hamster untersucht, denen...

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Main Author: von Praun, Christa
Contributors: Klingenspor, Martin (Dr.) (Thesis advisor)
Format: Doctoral Thesis
Language:German
Published: Philipps-Universität Marburg 2006
Subjects:
Online Access:PDF Full Text
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Description
Summary:Entkopplerproteine sind mitochondriale Transportproteine (uncoupling proteins, UCPs) der inneren Mitochondrienmembran. Das Entkopplerprotein UCP3 wurde bereits 1997 entdeckt, dennoch ist seine Funktion bis heute nicht bekannt. In der vorliegenden Arbeit wurden Dsungarische Hamster untersucht, denen aufgrund einer Punktmutation im UCP3-Gen das UCP3-Protein im braunen Fettgewebe (brown adipose tissue, BAT) fehlt. Primäres Ziel dieser Arbeit war, durch die Charakterisierung der Hamster, neue Erkenntnisse über die Funktion von UCP3 zu gewinnen. Die anatomische Untersuchung der Hamster zeigte, dass die Mutanten schwerer und länger als die Wildtyphamster sind. Dabei haben sie weniger Körperfett und einen größeren fettfreien Körpermassenanteil. Letzterer ist vermutlich durch die Körperlänge begründet. Überdies konnte bei den Mutanten eine deutlich erhöhte Futteraufnahme festgestellt werden. Es ist jedoch offen, ob die Hyperphagie Folge eines erhöhten Energieverbrauchs ist. Um diesen zu bestimmen, werden Stoffwechselmessungen benötigt. Um zu überprüfen, ob die UCP3-Mutation im braunen Fettgewebe unabhängig von systemischen Einflüssen besteht, wurden Primärzellkulturen brauner Adipozyten angelegt. In Wildtypzellen konnte zunächst gezeigt werden, dass die Expression der UCP3-mRNA im BAT über die Aktivierung der Kernrezeptoren PPAR und PPAR induziert werden kann. Darin zeigt sich eine Gewebespezifität der UCP3-Expression, die in der Skelettmuskulatur, anders als im BAT, über PPAR und  reguliert wird. Die Aktivierung des UCP3-Gens über Transkriptionsfaktoren, die den Fettstoffwechsel regulieren, unterstützt eine potentielle Funktion von UCP3 im Fettstoffwechsel. In der Primärkultur ausgehend von braunen Präadipozyten der Mutanten konnte in den Zellen keine UCP3-mRNA nachgewiesen werden. Dennoch wurde eine normale Proliferation, Differenzierung und Morphologie der Zellen beobachtet. Auch auf elektronenmikroskopischen Aufnahmen wies das braune Fettgewebe der Mutanten keine morphologischen Auffälligkeiten auf. Offenbar hat UCP3 keine Entwicklungs- oder Vitalität-fördernde Funktion. Trotz einer normalen PPAR-mRNA Expression in den Mutantenzellen, konnten diese auch nach Stimulation mit PPAR-Aktivatoren nicht zur Expression von UCP3 veranlasst werden. Dies zeigt, dass die Mutation in den braunen Adipozyten unabhängig von extrazellulären Einflüssen wirkt. Dadurch können die isolierten braunen Adipozyten der Mutanten für weitere Studien der UCP3-mRNA-Expressionsregulation verwendet werden. Um zu untersuchen, ob UCP3 in der Lage ist, die mitochondriale Atmung zu entkoppeln, wurden Mitochondrien aus dem braunen Fettgewebe isoliert und deren Atmung gemessen. Das mitochondriale Protonenleck der Mutantenmitochondrien war sowohl bei der entkoppelten als auch bei der gekoppelten state-4-Atmung nicht verkleinert. Auch die maximale Atmungsrate zeigte, dass die Leistungsfähigkeit der Mitochondrien der Mutanten normal ist. Der Vergleich von Mitochondrien mit und ohne UCP3 zeigte also, dass UCP3 nicht als Entkoppler der mitochondrialen Atmung fungiert. Da für UCP3 eine Funktion als Schutz der Mitochondrien vor Radikalen postuliert wurde, wurde deren Wirkung auf die mitochondriale Atmung untersucht. Eine Aktivierung von UCP3 und UCP1 durch Radikale konnte weder bei Mutanten- noch bei Wildtypmitochondrien festgestellt werden. Dies ist jedoch vermutlich auf die Kaltakklimatisation der Versuchstiere und der damit übereingehenden hohen Konzentration antioxidanter Enzyme zurückzuführen. Die bisher untersuchten Aspekte des Phänotyps des Dsungarischen Zwerghamsters mit UCP3-Defizit im braunen Fettgewebe sind keiner der bisher aufgeworfenen Funktionshypothesen eindeutig zuzuordnen. Dennoch kann festgestellt werden, dass sowohl die unveränderte Größe des Protonenlecks als auch die Abwesenheit von Fettleibigkeit sowie die Hyperphagie der Mutanten gegen eine Entkopplerfunktion von UCP3 sprechen. Der geringe Körperfettgehalt und die Hyperphagie adulter Hamster könnten als Anzeichen einer beeinträchtigen Nährstoffverwertung und als Verbindung zwischen UCP3 und dem Fettstoffwechsel gedeutet werden. Auch die Steuerung der UCP3-mRNA-Expression über PPARs, die in der Regulation des Fettstoffwechsels involviert sind, deutet in diese Richtung. Bemerkenswert ist, dass bei den Hamstern im Gegensatz zu den UCP3-knockout-Mäusen ein veränderter Phänotyp gefunden werden konnte, während der Phänotyp der Mäuse weitestgehend unauffällig ist. Der UCP3-Verlust hat also in verschiedenen Spezies nicht die gleiche Auswirkung.
DOI:https://doi.org/10.17192/z2007.0085